Reconectar las células sanguíneas para dar lugar a los precursores de los espermatozoides

Reconectar las células sanguíneas para dar lugar a los precursores de los espermatozoides

Reconectar las células sanguíneas para dar lugar a los precursores de los espermatozoides

Caracterización inmunofenotípica de premigratorios Callithrix jacchus células germinales primordiales (cjPGCs) en el día embrionario (E)50. (A) Imágenes de campo claro de un embrión cj en E50 (etapa de Carnegie [CS]11). Barra de escala, 1 mm. (B) (Izquierda) Imágenes de inmunofluorescencia (IF) del intestino posterior en el embrión cj como en (A) (sección transversal), teñida como se indica. La laminina perfila las membranas basales del endodermo del intestino posterior. La línea discontinua blanca resalta el endodermo del intestino posterior. Barras de escala, 50 μm. (Derecha) Gráfico circular que muestra el número y la ubicación de cjPGC presentes en secciones transversales representativas. (C) IF del mismo embrión cj para TFAP2C (verde), SOX17 (rojo), PDPN (cian) y DAPI (blanco). En la parte inferior se muestran imágenes ampliadas del endodermo del intestino posterior. Las flechas indican núcleos de cjPGC con una intensidad de DAPI más baja que la de las células endodérmicas circundantes. Barra de escala, 50 μm. (D) (Arriba) IF del embrión cj teñido para MKI67 (verde), NANOG (rojo) y PDPN (cian), combinado con DAPI (blanco). Una punta de flecha indica MKI67+ cjPGC. (Abajo) Gráfico circular que muestra el número de MKI67+ células en las CGP. Barras de escala, 50 μm. (mi) IF del embrión cj para marcadores PGC premigratorios (POU5F1 [green]SOX17 [red]y NANOG [red]) o marcadores de PGC en etapa gonadal (DDX4 [red] y DAZL [green]), coteñido para PDPN (cian). Las imágenes combinadas con DAPI (blanco) se muestran a la derecha de cada panel. Barras de escala, 50 μm. (F) IF del embrión cj para PDPN (cian), coteñido para H3K27me3 o H3K9me2 (verde). Barras de escala, 50 μm. Intensidades de fluorescencia relativas de H3K27me3 y H3K9me2 en PDPN+ Las cjPGC en comparación con las de las células somáticas circundantes se muestran a la izquierda de cada panel IF. Bar, malo. La significación estadística se determina mediante la prueba t de Welch de dos colas. Crédito: eLife (2023). DOI: 10.7554/eLife.82263

Los diferentes tipos de células, por ejemplo, las del corazón, el hígado, la sangre y los espermatozoides, poseen características que las ayudan a llevar a cabo sus funciones únicas en el cuerpo. En general, esas características están cableadas. Sin intervención, una célula del corazón no se transformará espontáneamente en una célula del hígado.

Sin embargo, los investigadores de la Facultad de Medicina Veterinaria de la Universidad de Pensilvania, en colaboración con los colaboradores de la Universidad de Texas en San Antonio y el Instituto de Investigación Biomédica de Texas, han llevado a las células sanguíneas de tití a adquirir la flexibilidad de las células madre. Luego dirigieron esas células madre para que adquirieran las características de los precursores del esperma.

en el diario eLife, los investigadores informan sobre su proceso paso a paso de recableado de células. Los hallazgos, los primeros en el tití, un mono pequeño, abren nuevas posibilidades para estudiar la biología de los primates y desarrollar nuevas tecnologías de reproducción asistida como la gametogénesis in vitro, un proceso de generación de células germinales, espermatozoides u óvulos, en una placa de laboratorio, similar a cómo La fertilización in vitro implica la generación de un embrión fuera del cuerpo humano.

«Los científicos saben cómo generar espermatozoides y óvulos funcionales a partir de células madre pluripotentes inducidas en ratones, pero las células germinales de ratón son muy diferentes de las células germinales humanas», dice Kotaro Sasaki, profesor asistente de Penn Vet. «Al estudiar los titíes, cuya biología se parece más a la nuestra, podemos cerrar la brecha».

Para comprender cómo generar células germinales, los investigadores estudiaron primero los precursores de células germinales de embriones de tití, que nunca se habían caracterizado rigurosamente para la especie. Descubrieron que estas células en etapa temprana, conocidas como células germinales primordiales (PGC), tenían ciertos marcadores moleculares que podían rastrearse a lo largo del tiempo.

La secuenciación del ARN de una sola célula en estas células reveló que las PGC expresaban genes característicos de las células germinales en etapa temprana y aquellos relacionados con modificaciones epigenéticas, que regulan la expresión génica. Sin embargo, las PGC no expresaron genes que se sabe que se activan más tarde en el proceso de desarrollo de las células germinales, cuando las células precursoras migran a los ovarios o los testículos para completar su maduración.

Sus hallazgos fueron «consistentes con la noción de que las células germinales de los titíes se someten a un proceso de reprogramación», dice Sasaki, que «desactiva» ciertos marcadores y permite que las PGC avancen a través de las etapas del desarrollo de las células germinales. Los patrones que los investigadores observaron en las células de los titíes se parecían mucho a los encontrados tanto en humanos como en otras especies de monos, pero eran distintos de los de los ratones, otra razón por la que los titíes podrían ser un modelo valioso para los estudios de biología reproductiva.

Con esa información en la mano, el equipo se dispuso a intentar reconstituir el proceso de desarrollo artificialmente, en el laboratorio. El primer paso: transformar las células sanguíneas en células madre pluripotentes inducidas (iPSC), células que conservan la capacidad de dar lugar a otros tipos de células.

«Tengo mucha experiencia trabajando con cultivos celulares y células madre pluripotentes inducidas, pero establecer un cultivo estable para las células de tití fue una parte difícil del estudio», dice Yasunari Seita, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Sasaki y autora principal. . .

Después de muchas pruebas y errores y de aplicar las lecciones aprendidas de las investigaciones con ratones, humanos y otras, Seita aterrizó en una estrategia que le permitió generar y mantener cultivos estables de iPSC. Una clave del éxito fue la adición de un inhibidor de la vía de señalización gobernada por la proteína Wnt, que está involucrada en una variedad de funciones celulares, como la diferenciación celular.

El siguiente paso fue pasar de iPSC a precursores de células germinales. Una vez más, se llevó a cabo una experimentación considerable para desarrollar el protocolo para esta transformación. El método que mejor funcionó implicó agregar un cóctel de factores de crecimiento para lograr que entre el 15 y el 40 % de su cultivo adquiriera las características de estos precursores de células germinales.

«Estábamos emocionados de ver esa eficiencia y pudimos expandir nuestras culturas, aprobándolas varias veces y viendo un crecimiento agradable y exponencial», dice Sasaki. «Las células mantuvieron marcadores clave de células germinales, pero no expresaron otros marcadores asociados con la migración a la gónada.

En una etapa final del estudio, el equipo de investigación persuadió a estas células cultivadas en laboratorio para que asumieran las características de las células germinales en una etapa posterior. Basado en un método que Sasaki y sus colegas habían establecido anteriormente en células humanas y lo informaron en un 2020 Comunicaciones de la naturaleza papel, cultivaron las células con células testiculares de ratón en el transcurso de un mes. El resultado fue un crecimiento exitoso con algunas células que comenzaron a activar genes asociados con precursores de células espermáticas en etapas posteriores.

El desarrollo de nuevos enfoques para estudiar al tití prepara a los equipos de Penn y de la Universidad de Texas en San Antonio, así como a la comunidad científica en general, para hacer uso de la especie como un importante modelo de investigación. Los titíes, por ejemplo, tienen un funcionamiento cognitivo que se parece al de los humanos en muchos aspectos y, por lo tanto, podrían conducir a nuevos conocimientos en neurociencia.

Para el grupo de Sasaki, más interesado en el desarrollo del sistema reproductivo, los titíes representan una nueva vía para realizar estudios de desarrollo normal y anormal, así como de fertilidad.

«Cuando se piensa en las aplicaciones clínicas de una tecnología de reproducción asistida como la gametogénesis in vitro, pueden surgir muchas preocupaciones éticas, legales y de seguridad», dice Sasaki. «Definitivamente necesitamos un buen modelo preclínico para explorar antes de pasar a la traducción clínica humana».

Más información:
Yasunari Seita et al, Generación eficiente de células similares a células germinales primordiales de tití usando células madre pluripotentes inducidas, eLife (2023). DOI: 10.7554/eLife.82263

Proporcionado por la Universidad de Pensilvania

Citación: Rewiring blood cells to dar rise to precursors of sperm (21 de febrero de 2023) consultado el 21 de febrero de 2023 en https://phys.org/news/2023-02-rewiring-blood-cells-precursors-sperm.html

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