Una gran cantidad de líneas de células madre tienen un daño significativo en el ADN, dicen los investigadores

Las células madre son un tipo especial de célula que se puede programar para convertirse en casi cualquier tipo de célula dentro del cuerpo. Actualmente se utilizan para estudios sobre el desarrollo de órganos e incluso las primeras etapas del embrión.

Cada vez más, los investigadores recurren a las células madre como formas de desarrollar nuevos tratamientos, conocidos como terapias basadas en células. Otras aplicaciones potenciales incluyen la programación de células madre para que se conviertan en células nerviosas para reemplazar las perdidas por la neurodegeneración en enfermedades como el Parkinson.

Originalmente, las células madre se derivaban de embriones, pero ahora es posible derivar células madre de células de piel adultas. Estas llamadas células madre pluripotentes inducidas (iPSC) ahora se han generado a partir de una variedad de tejidos, incluida la sangre, que está aumentando en popularidad debido a su facilidad de derivación.

Sin embargo, investigadores de la Universidad de Cambridge y el Instituto Wellcome Sanger han descubierto un problema con las líneas de células madre derivadas tanto de las células de la piel como de la sangre. Cuando examinaron los genomas de las líneas de células madre en detalle, encontraron que casi las tres cuartas partes tenían un daño sustancial en su ADN que podría comprometer su uso tanto en la investigación como, lo que es más importante, en las terapias basadas en células. Sus hallazgos representan el estudio genético más grande hasta la fecha de iPSC y se publican hoy en Genética de la Naturaleza.

El ADN está formado por tres mil millones de pares de nucleótidos, moléculas representadas por las letras A, C, G y T. Con el tiempo, el daño a nuestro ADN, por ejemplo debido a la radiación ultravioleta, puede provocar mutaciones: una letra C podría cambiar a una la letra T, por ejemplo. Las ‘huellas dactilares’ dejadas en nuestro ADN pueden revelar cuál es el responsable de este daño. A medida que estas mutaciones se acumulan, pueden tener un efecto profundo en la función de las células y, en algunos casos, provocar tumores.

El Dr. Foad Rouhani, quien llevó a cabo el trabajo mientras estaba en la Universidad de Cambridge y el Instituto Wellcome Sanger, dijo: «Nos dimos cuenta de que algunas de las células iPS que estábamos generando se veían muy diferentes entre sí, incluso cuando se derivaron de la mismo paciente y derivados en el mismo experimento. Lo más sorprendente fue que los pares de células iPS tendrían un panorama genético muy diferente: una línea tendría un daño mínimo y la otra tendría un nivel de mutaciones más común en los tumores. Una posible razón de esto podría ser que es probable que una célula en la superficie de la piel tenga una mayor exposición a la luz solar que una célula debajo de la superficie y, por lo tanto, eventualmente puede conducir a células iPS con mayores niveles de daño genómico”.

Los investigadores utilizaron una técnica común conocida como secuenciación del genoma completo para inspeccionar el ADN completo de las líneas de células madre en diferentes cohortes, incluida la cohorte HipSci en el Instituto Wellcome Sanger, y descubrieron que hasta el 72 % de las líneas mostraban signos de daño UV importante. .

La profesora Serena Nik-Zainal del Departamento de Genética Médica de la Universidad de Cambridge dijo: “Casi las tres cuartas partes de las líneas celulares sufrieron daños por UV. Algunas muestras tenían una enorme cantidad de mutaciones, a veces más de las que encontramos en los tumores. Todos nos sorprendimos enormemente al enterarnos de esto, dado que la mayoría de estas líneas se derivaron de biopsias de piel de personas sanas”.

Decidieron centrar su atención en las líneas celulares no derivadas de la piel y se centraron en las iPSC derivadas de la sangre, ya que se están volviendo cada vez más populares debido a la facilidad para obtener muestras de sangre. Descubrieron que, si bien estas iPSC derivadas de la sangre también portaban mutaciones, tenían niveles más bajos de mutaciones que las células iPS derivadas de la piel y no presentaban daño por UV. Sin embargo, alrededor de una cuarta parte portaba mutaciones en un gen llamado BCOR, un gen importante en los cánceres de la sangre.

Para investigar si estas mutaciones BCOR tenían algún impacto funcional, diferenciaron las iPSC y las convirtieron en neuronas, siguiendo su progreso en el camino.

El Dr. Rouhani dijo: “Lo que vimos fue que había problemas al generar neuronas a partir de iPSC que tenían mutaciones BCOR; en cambio, tenían una tendencia a favorecer otros tipos de células. Este es un hallazgo significativo, particularmente si uno tiene la intención de utilizar esas líneas para la investigación neurológica”.

Cuando examinaron las muestras de sangre, descubrieron que las mutaciones BCOR no estaban presentes en el paciente: en cambio, el proceso de cultivo de células parece aumentar la frecuencia de estas mutaciones, lo que puede tener implicaciones para otros investigadores que trabajan con células en cultivo.

Los científicos suelen examinar sus líneas celulares en busca de problemas a nivel cromosómico, por ejemplo, verificando que estén presentes los 23 pares de cromosomas necesarios. Sin embargo, esto no sería lo suficientemente detallado para detectar los problemas potencialmente importantes que ha identificado este nuevo estudio. Es importante destacar que, sin observar en detalle los genomas de estas células madre, los investigadores y los médicos no serían conscientes del daño subyacente que está presente en las líneas celulares con las que están trabajando.

“El daño en el ADN que vimos estaba a nivel de nucleótidos”, dice el profesor Nik-Zainal. “Si piensas en el genoma humano como un libro, la mayoría de los investigadores verificarían la cantidad de capítulos y estarían satisfechos de que no falte ninguno. Pero lo que vimos fue que incluso con el número correcto de capítulos, muchas de las palabras estaban confusas”.

Afortunadamente, dice el profesor Nik-Zainal, hay una forma de solucionar el problema: usar la secuenciación del genoma completo para buscar en detalle los errores desde el principio.

“El costo de la secuenciación del genoma completo se ha reducido drásticamente en los últimos años a alrededor de £ 500 por muestra, aunque lo más difícil es el análisis y la interpretación. Si una pregunta de investigación involucra líneas celulares y modelos celulares, y particularmente si vamos a volver a introducir estas líneas en pacientes, es posible que debamos considerar la secuenciación de los genomas de estas líneas para comprender a qué nos enfrentamos y tener una idea de si son adecuados para su uso.”

El Dr. Rouhani agrega: “En los últimos años, hemos descubierto cada vez más cómo incluso nuestras células sanas tienen muchas mutaciones y, por lo tanto, no es un objetivo realista producir líneas de células madre con cero mutaciones. El objetivo debe ser saber tanto como sea posible sobre la naturaleza y el alcance del daño en el ADN para tomar decisiones informadas sobre el uso final de estas líneas de células madre.

«Si una línea se va a utilizar para terapias basadas en células en pacientes, por ejemplo, entonces debemos comprender más sobre las implicaciones de estas mutaciones para que tanto los médicos como los pacientes estén mejor informados sobre los riesgos involucrados en el tratamiento».

La investigación fue financiada por Cancer Research UK, Medical Research Council y Wellcome, y apoyada por NIHR Cambridge Biomedical Research Center y UK Regenerative Medicine Platform.

Referencia
Rouhani, FJ, Zou, X, Danecek, P, et al. Variación genómica somática sustancial y selección de mutaciones BCOR en células madre pluripotentes inducidas por humanos; gen nacional; 11 de agosto de 2022; DOI: 10.1038/s41588-022-01147-3

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