Propiedades de las células madre y regulación de las mismas

A. Regulación de sus propiedades básicas:

Responden a mecanismos moleculares complejos estrechamente regulados. Se distinguen dos grandes grupos de reguladores: intrínsecos (procedentes de la propia célula) y extrínsecos (del ambiente).

A. 1) Reguladores intrínsecos:

Se han implicado numerosos genes y moléculas de cascadas de señalización y de la regulación del ciclo celular. Resumiremos algunos de los hallazgos más contrastados.

Autorrenovación y mantenimiento:

Se consigue, entre otros, a través de los siguientes mecanismos:

1. Represión de genes de la diferenciación:

Se han implicado como marcadores especialmente los genes oct-4, sox-2 y rex-1 [183] que codifican factores de transcripción.

También se han implicado proteínas asociadas a cromatina del grupo Polycomb (PcG) que pueden producir modificaciones de la cromatina y reprimir así la transcripción de genes de la diferenciación. Otras proteínas implicadas son las Trithorax que en las células madre podrían mantener activados o reprimidos genes durante muchas generaciones a pesar de la desaparición del estímulo inicial.

2. Regulación de la longitud de los telómeros:

En condiciones normales se acortan en cada división de forma progresiva lo que limita la capacidad proliferativa de una célula somática humana a 50-80 divisiones [184]. Antes de llegar a un punto crítico, inducen la senescencia por detención del ciclo celular y la activación de mecanismos señalizadores de daño del DNA [185]. Por ello su acortamiento progresivo está relacionado con el envejecimiento y su punto de control en el ciclo celular es uno de los principales supresores tumorales in vivo [186].

Existe una enzima denominada telomerasa que reconstituye los telómeros a partir de un molde de RNA (ver figura 22). En humanos está estrechamente regulada;

se detecta durante la embriogénesis y se suprime postnatalmente quedando restringida a tejidos con gran recambio: linfocitos activados, células germinales y células madre [187]. Su actividad es variable entre las SCs, es muy relevante en las ES y menos en las ASs [187]; de hecho hay artículos que reflejan su ausencia en algunas como las MSCs [183], a pesar de que mantienen sus telómeros más que las células somáticas. Muchos autores postulan que hay más mecanismos implicados en este mantenimiento, que les podrían conferir cierta protección a la malignización (pero también sensibiliza a la senescencia) [186].

Figura 22.- Representación esquemática de la acción de la telomerasa; con su molde de RNA se crea una hebra de DNA que posteriormente la acción de la DNA telomerasa transformará en la doble hélice.

Los telómeros y la telomerasa se han implicado también en la génesis del cáncer de una forma dual: por un lado el acortamiento de los telómeros se asocia con el desarrollo de inestabilidad cromosómica que es fundamental en la iniciación del cáncer. Por otro lado para poder mantener la actividad proliferativa que supone la progresión tumoral las células deben prolongar sus telómeros. De hecho se objetiva una reactivación de la telomerasa en hasta un 80% de tumores humanos [188].

Diferenciación:

Para ella se activan una serie de genes y complejas cascadas regulatorias que parecen específicas de cada linaje celular si bien puede haber algunos pasos comunes.

El conocimiento de estas señales y sobre todo de los genes “maestros” para la diferenciación de cada linaje sigue siendo un misterio. Están caracterizados muchos pero excede a esta introducción comentarlos.

A. 2) Reguladores extrínsecos:

El nicho de las células madre:

El aislamiento de células madre similares (como las MSCs) de múltiples tejidos hace plantearse si existe un microambiente común en todos (lo más probable) o si las SCs pueden funcionar con autonomía del ambiente.

Schofield fue el primero en introducir que tienen un nicho específico y trascendental para su actividad en 1978 [189]; posteriormente el concepto se asentó.

Hoy se entiende como una unidad morfo-funcional básica que regula las funciones de las SCs, las protege y protege al huésped de proliferaciones exuberantes [190]. Está constituido por las SCs y los elementos que las rodean: su progenie, células no-stem, matriz extracelular y moléculas solubles. Su alteración podría participar en la génesis de algunas patologías [191].

Entre sus componentes podemos destacar (ver figura 23):

Figura 23.- Nicho de las células madre y medios de interacción: contacto directo célula-célula, a través de factores solubles o mediante células intermedias.

• Componentes celulares: por ejemplo en el caso de las MSCs se postula que su nicho sea de composición perivascular pues muchos estudios las detectan en esa situación [192]. Allí pueden captar fácilmente señales del torrente sanguíneo y migrar a otros tejidos.

• Componentes solubles: hay multitud y su papel es poco comprendido.

No se ha conseguido ninguna “mezcla” que perpetúe el status de stem pero sí que el medio producido por algunas células las diferencie [193]. Como ejemplo la hipoxia aumenta la proliferación y plasticidad de las MSCs [194].

• Componentes de la matriz extracelular: también hay multitud de moléculas como por ejemplo las integrinas. La MEC per se puede regular la diferenciación de MSCs por ejemplo la osteogénesis [195].

Reguladores extrínsecos de la autorrenovación y el mantenimiento:

Se han implicado multitud de factores. Como ejemplos:

 LIF (Leucemia Inhibitory Factor): citoquina que mantiene en las ESs la totipotencialidad [196] y también en las MSCs.

 FGF2 (Fibroblast Growth Factor 2): prolongar la viabilidad en cultivo de MSCs y ASCs [197].

Reguladores extrínsecos de la diferenciación:

Tomando como ejemplo la condrogénesis a partir de MSCs, juegan un papel destacado: TGFs (Transforming Growth Factor)-β, BMPs (Bone Morphogenetic Proteins) y GDF (Growth and Differentiation Factor)[197].

B. Inhibición por contacto y crecimiento independiente de anclaje:

Se encuentran muy relacionadas con el nicho y establecen diferencias entre distintos tipos de SCs, especialmente en su potencial oncogénico.

Las ESs comparten algunas características con las tumorales como la posibilidad de crecer sin anclaje y no tener el freno proliferativo de la inhibición por contacto.

Estas propiedades desaparecen al comenzar a diferenciarse.

Las ASs, no pueden proliferar sin anclaje y suelen presentar inhibición por contacto celular (al alcanzar confluencia en cultivo). Existen hipótesis de que las ASs podrían ser el origen de algunas neoplasias. En un trabajo de revisión de Keith et al las MSC inmortalizadas con la transducción de telomerasa desarrollan pérdida de inhibición por contacto, crecimiento independiente de anclaje y formación de tumores en ratones [198].

C. Plasticidad de las células madre adultas. Transdiferenciación:

Anteriormente se consideraba a las ASs como exclusivas de tejidos con un veloz recambio (como el hematopoyético) y ausentes en los quiescentes; progresivamente se han ido descubriendo en todos o casi todos los demás, incluidos los considerados quiescentes como el nervioso [199] y el corazón [200].

Se pensaba que estaban determinadas para originar solo la célula especializada de su tejido de origen (se las consideraba unipotenciales). Sin embargo, a finales de los 90 comenzaron a aparecer múltiples artículos en los se objetivó su plasticidad, entendida como la capacidad de producir células hijas con características de un tejido

diferente bajo determinadas condiciones microambientales (revisada entre otros por Poulsom et al [201]). Incluso se ha aceptado que algunos tipos puedan alcanzar la pluripotencialidad. Ésta diferenciación se conoce también como versatilidad o transdiferenciación. Para aceptarla, muchos autores exigen que estas células hijas sean funcionales in vivo e in vitro y puedan implantarse (ver figura 24).

Figura 24.- Esquema explicativo de la capacidad de transdiferenciación de una MSC.

Existe gran cantidad de trabajos que reflejan esta plasticidad en distintos tipos de ASs. Se ha confirmado in vitro en células madre hematopoyéticas, cutáneas, de la médula ósea (a partir de sus MSCs conocidas como BM-MSCs [202] y otros tipos celulares menos abundantes), el músculo [203] y otras fuentes. En cuanto a estirpes que aparenten ser pluripotenciales, las hay claramente definidas como las MAPCs -Multipotent Adult Progenitor Cells- (obtenidas, entre otras, de la médula ósea;

descritas en 2001 [204] y cuya potencialidad fue demostrada in vivo en 2002 [205]); se discute para las MSCs (al menos que sea real in vivo) y las ASCs.

Para intentar explicar esta potencialidad hay varias teorías:

• Persistencia de células pluripotentes en el período postnatal. Es una de las teorías para justificar la existencia de las MAPCs.

• Las ASs (a priori específicas de tejido) se podrían “reprogramar” (eliminando las restricciones genéticas que las hacen específicas) al exponerse a determinados estímulos. Esto explicaría la transdiferenciación. Para algunos autores el microambiente o nicho es fundamental [206].

• Hay trabajos que lo explican mediante una fusión entre las ASs y células residentes que se ha objetivado tanto in vitro como in vivo; así por ejemplo animales con fallo hepático se recuperan gracias a células tetraploides tras el trasplante de HSCs [207]. Este fenómeno parece ser raro tanto in vivo como in vitro (1/100.000 células).

• Que existan ASs de distintos tipos (tantos como tipos celulares) en cada tejido o que podrían desplazarse hasta él según las necesidades.