Cientistas da Salk descobrem abordagem mais versátil para criar células-tronco

Cientistas da Salk descobrem abordagem mais versátil para criar células-tronco

Novo método deve acelerar promessa de medicina regenerativa

LA JOLLA, CA—Células-tronco são a chave para a promessa da medicina regenerativa: o reparo ou substituição de tecidos danificados por substitutos personalizados. Essencial para esse processo são as células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs), que podem ser criadas a partir dos tecidos do próprio paciente, eliminando assim o risco de rejeição imunológica. No entanto, a fórmula de Shinya Yamanaka para iPSCs, pela qual ele recebeu o Prêmio Nobel do ano passado, usa uma receita rígida que permite variações limitadas nas células humanas, restringindo todo o seu potencial de aplicação clínica.

Agora, na edição desta semana da Cell Stem Cell, Instituto Salk Juan Carlos Izpisua Belmonte e seus colegas mostram que a receita para iPSCs é muito mais versátil do que se pensava inicialmente. Pela primeira vez, eles substituíram um gene antes considerado impossível de substituir, criando o potencial para receitas mais flexíveis que devem acelerar a adoção de terapias com células-tronco.

A partir da esquerda: Emmanuel Nivet e Juan Carlos Belmonte. Sentado: Ignacio Sancho Martinez

Imagem: Cortesia do Salk Institute for Biological Studies

As células-tronco vêm em dois tipos: células-tronco embrionárias (ESCs), que são células imaturas que nunca se diferenciaram em tipos específicos de células, e células-tronco pluripotentes induzidas, que são células maduras que foram reprogramadas de volta a um estado indiferenciado. Após a descoberta inicial em 2006 por Yamanaka de que a introdução de quatro genes diferentes em uma célula madura poderia ser suficiente para reprogramar a célula para pluripotência, a maioria dos pesquisadores adotou sua receita.

Izpisua Belmonte e seus colegas adotaram uma nova abordagem e descobriram que a pluripotência (a capacidade da célula-tronco de se diferenciar em quase qualquer tipo de célula adulta) também pode ser alcançada equilibrando os genes necessários para a diferenciação. Esses genes codificam “fatores de transcrição de linhagem”, proteínas que iniciam uma célula-tronco no caminho para se diferenciar primeiro em uma linhagem ou tipo celular específico, como uma célula sanguínea versus uma célula da pele e, finalmente, em uma célula específica, como como um glóbulo branco.

“Antes dessa série de experimentos, a maioria dos pesquisadores da área partiu da premissa de que estava tentando impor um estado 'semelhante ao embrião' às células maduras”, diz Izpisua Belmonte, que ocupa a cadeira Roger Guillemin do Instituto. “Assim, grandes esforços se concentraram na identificação de fatores que são típicos de células-tronco embrionárias de ocorrência natural, o que permitiria ou aumentaria ainda mais a reprogramação”.

Pela primeira vez, o laboratório de Belmonte substituiu o OCT4, um gene antes considerado indispensável para a reprogramação de células humanas em células embrionárias.

A imagem mostra células recém-reprogramadas expressando marcas de pluripotência identificadas por fluorescência (NANOG em verde, TRA-1-81 em vermelho).

Imagem: Cortesia do Salk Institute for Biological Studies

Apesar desses esforços, parecia não haver como determinar apenas pela identidade genética que as células eram pluripotentes. Em vez disso, a pluripotência foi rotineiramente avaliada por ensaios funcionais. Em outras palavras, se age como uma célula-tronco, deve ser uma célula-tronco.

Essa condição levou a equipe ao seu insight principal. “A pluripotência não parece representar uma entidade celular discreta, mas sim um estado funcional provocado por um equilíbrio entre forças de diferenciação opostas”, diz Izpisua Belmonte.

Assim que entenderam isso, perceberam que os quatro genes extras não eram necessários para a pluripotência. Em vez disso, poderia ser alcançado alterando o equilíbrio dos “especificadores de linhagem”, genes que já estavam na célula e que especificavam que tipo de tecido adulto uma célula poderia se tornar.

“Uma das implicações de nossas descobertas é que a identidade das células-tronco não é realmente fixa, mas sim um equilíbrio que pode ser alcançado por múltiplas combinações diferentes de fatores que não são necessariamente típicos de ESCs”, diz Ignacio Sancho-Martinez, um dos primeiros autores do artigo e um pesquisador de pós-doutorado em Laboratório de Izpisua Belmonte.

O grupo conseguiu mostrar que mais de sete genes adicionais podem facilitar a reprogramação para iPSCs. Mais importante ainda, pela primeira vez em células humanas, eles conseguiram substituir um gene da receita original chamado Oct4, que havia sido substituído em células de camundongos, mas ainda era considerado indispensável para a reprogramação de células humanas. Sua capacidade de substituí-lo, assim como o SOX2, outro gene considerado essencial que nunca foi substituído em combinação com o Oct4, demonstrou que o desenvolvimento de células-tronco deve ser visto de uma maneira totalmente nova.

“Em geral, presumia-se que o desenvolvimento levava à especificação de células/tecidos ao 'abrir' certas portas de diferenciação”, diz Emmanuel Nivet, pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Izpisua Belmonte e coautor do artigo, juntamente com Sancho-Martinez e Núria Montserrat da Centro de Medicina Regenerativa em Barcelona, ​​Espanha.

Em vez disso, a substituição bem-sucedida de Oct4 e SOX2 mostra o oposto. “A pluripotência é como uma sala com todas as portas abertas, na qual a diferenciação é conseguida ao 'fechar' as portas”, diz Nivet. “Inversamente, a reprogramação para a pluripotência é realizada abrindo portas.”

A equipe acredita que seu trabalho deve ajudar a superar um dos principais obstáculos à adoção generalizada de terapias com células-tronco: os quatro genes originais usados ​​para reprogramar células-tronco foram implicados no câncer. “Estudos recentes em câncer, muitos deles feitos por meus colegas do Salk, mostraram semelhanças moleculares entre a proliferação de células-tronco e células cancerígenas, então não é surpreendente que os oncogenes [genes ligados ao câncer] façam parte da receita do iPSC, ” diz Izpisua Belmonte.

Com esse novo método, que permite uma receita customizada, a equipe espera impulsionar a pesquisa terapêutica. “Como mostramos que é possível substituir genes considerados essenciais para a reprogramação por vários genes diferentes que não foram previamente envolvidos na tumorigênese, esperamos que este estudo permita que a pesquisa iPSC se traduza mais rapidamente na clínica”, diz Izpisua Belmonte.

Outros pesquisadores do estudo foram Tomoaki Hishida, Sachin Kumar, Yuriko Hishida, Yun Xia e Concepcion Rodriguez Esteban do Salk Institute; Laia Miquel e Carme Cortina do Centro de Medicina Regenerativa em Barcelona, ​​Espanha.

O trabalho contou com o apoio do Leona M. e Harry B. Helmsley Charitable Trust, Fundação Kirby FM, G. Harold e Leila Y. Mathers Charitable Foundation, Fundação Nomis, Fundação Cellex, the Ministério de Economia e Competitividade (MINECO), TERCEL-ISCIII- MINECO e Cardiocel.

Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das mais proeminentes instituições de pesquisa básica do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.