Genes of ancient animal relatives used to grow a mouse: Study reveals hidden history of stem cells

15 de noviembre de 2024

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por Queen Mary, Universidad de Londres

Un equipo internacional de investigadores ha logrado un hito sin precedentes: la creación de células madre de ratón capaces de generar un ratón completamente desarrollado utilizando herramientas genéticas de un organismo unicelular, con el cual compartimos un ancestro común que data de antes de los animales.

Este avance redefine nuestra comprensión de los orígenes genéticos de las células madre, ofreciendo una nueva perspectiva sobre los lazos evolutivos entre animales y sus antiguos parientes unicelulares. La investigación se publica en la revista Nature Communications.

En un experimento que suena a ciencia ficción, el Dr. Alex de Mendoza de la Universidad Queen Mary de Londres colaboró con investigadores de la Universidad de Hong Kong para utilizar un gen encontrado en coanoflagelados, un organismo unicelular relacionado con los animales, para crear células madre que luego utilizaron para dar origen a un ratón vivo y respirante.

Los coanoflagelados son los parientes vivos más cercanos de los animales, y sus genomas contienen versiones de los genes Sox y POU, conocidos por impulsar la pluripotencia, el potencial celular para desarrollarse en cualquier tipo de célula, dentro de las células madre de mamíferos. Este descubrimiento inesperado desafía la creencia arraigada de que estos genes evolucionaron exclusivamente dentro de los animales.

'Al crear con éxito un ratón utilizando herramientas moleculares derivadas de nuestros parientes unicelulares, estamos presenciando una extraordinaria continuidad de función a lo largo de casi mil millones de años de evolución,' dijo el Dr. de Mendoza. 'El estudio implica que los genes clave involucrados en la formación de células madre podrían haberse originado mucho antes que las células madre mismas, quizás ayudando a allanar el camino para la vida multicelular que vemos hoy.'

El premio Nobel de 2012 a Shinya Yamanaka demostró que es posible obtener células madre a partir de células 'diferenciadas' solo expresando cuatro factores, incluyendo un gen Sox (Sox2) y un gen POU (Oct4). En esta nueva investigación, a través de un conjunto de experimentos realizados en colaboración con el laboratorio del Dr. Ralf Jauch en la Universidad de Hong Kong / Centro de Biología de Células Madre Translacional, el equipo introdujo genes Sox de coanoflagelados en células de ratón, reemplazando el gen Sox2 nativo logrando una reprogramación hacia el estado de célula madre pluripotente.

Para validar la eficacia de estas células reprogramadas, se inyectaron en un embrión de ratón en desarrollo. El ratón quimérico resultante mostró rasgos físicos tanto del embrión donante como de las células madre inducidas en el laboratorio, como manchas de pelaje negro y ojos oscuros, confirmando que estos genes antiguos jugaron un papel crucial para que las células madre fueran compatibles con el desarrollo del animal.

El estudio rastrea cómo las primeras versiones de las proteínas Sox y POU, que se unen al ADN y regulan otros genes, fueron utilizadas por los ancestros unicelulares para funciones que luego se convertirían en integrales para la formación de células madre y el desarrollo animal. 'Los coanoflagelados no tienen células madre, son organismos unicelulares, pero tienen estos genes, probablemente para controlar procesos celulares básicos que los animales multicelulares probablemente repurpusieron más tarde para construir cuerpos complejos,' explicó el Dr. de Mendoza.

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Esta nueva perspectiva enfatiza la versatilidad evolutiva de las herramientas genéticas y ofrece una visión de cómo formas de vida tempranas podrían haber aprovechado mecanismos similares para impulsar la especialización celular, mucho antes de que los organismos multicelulares verdaderos aparecieran, y de la importancia del reciclaje en la evolución.

Este descubrimiento tiene implicaciones más allá de la biología evolutiva, potencialmente informando nuevos avances en medicina regenerativa. Al profundizar en nuestra comprensión de cómo evolucionó la maquinaria de células madre, los científicos pueden identificar nuevas formas de optimizar las terapias con células madre y mejorar las técnicas de reprogramación celular para tratar enfermedades o reparar tejidos dañados.

'Estudiar las raíces antiguas de estas herramientas genéticas nos permite innovar con una visión más clara de cómo se pueden ajustar u optimizar los mecanismos de pluripotencia,' dijo el Dr. Jauch, señalando que los avances podrían surgir experimentando con versiones sintéticas de estos genes que podrían funcionar incluso mejor que los genes animales nativos en ciertos contextos.

Más información: Ya Gao et al, The emergence of Sox and POU transcription factors predates the origins of animal stem cells, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54152-x

Proporcionado por Universidad Queen Mary de Londres