Las células madre adultas residen en nichos que mantienen, regularlos y protegerlos. Ahora se ha arrojado nueva luz sobre cómo la necesidad de protección ha impulsado cambios en la ubicación de estos nichos durante la evolución..
Las células madre específicas de tejido tienen la función crucial de mantener y reponer todas las células especializadas que forman un tejido o sistema determinado., por lo que es fundamental que sus funciones se conserven durante toda la vida de un organismo. Por lo tanto, estas células madre adultas residen en microambientes específicos llamados nichos de células madre., que ayudan a regular y proteger las células madre. En la página 445, Kapp et al.1 investigan factores que afectan la ubicación de nichos para células madre y progenitoras hematopoyéticas (HSPC), que dan lugar a todos los linajes de células sanguíneas. Sus hallazgos proporcionan información sobre los impulsores evolutivos de la ubicación de nichos.
Los nichos de células madre tienen varios puntos en común, independientemente del tipo de célula madre tisular que sustentan. Proporcionan soporte estructural., Permitir el acceso a señales moleculares desde fuentes locales o remotas., producir proteínas que ayudan a unir las células madre a la ubicación y ayudan a regular el metabolismo de las células madre . Las señales del nicho también restringen las divisiones innecesarias de células madre, presumiblemente ambos para prevenir el agotamiento de las células madre (en el que las células madre pierden la capacidad de regenerar linajes celulares) y minimizar el número de mutaciones genéticas que surgen durante la replicación del ADN., Mantener la fidelidad del genoma..
La mayor parte de la información que tienen los investigadores sobre el nicho de HSPC se obtuvo de estudios con ratones.. Estos análisis han revelado que, durante el desarrollo, Hay varios sitios diferentes en los que se generan linajes sanguíneos3: en ratones, Los HSPC y sus nichos se mueven, dependiendo de la etapa de desarrollo. Además, estudios de poblaciones adultas de HSPC en moscas4,5, y en pez cebra6,7 y otros vertebrados3, han revelado diferentes ubicaciones de nichos en diferentes especies: la médula ósea en aves y mamíferos, el riñón en el pescado, y el hígado en las ranas8, Por ejemplo.
Una teoría publicada casi 40 hace años afirma que los nichos HSPC en animales terrestres evolucionaron en sitios que minimizan el daño de la radiación ionizante9, con el supuesto de que el agua habría proporcionado a los organismos acuáticos protección contra la dañina luz ultravioleta. Kapp et al.. se propusieron examinar si la necesidad de minimizar el daño podría influir en la ubicación del nicho HSPC en el organismo modelo pez cebra, que tiende a habitar cuerpos de agua claros que ofrecen poca protección UV. Durante las etapas embrionarias, El pez cebra es en gran medida transparente., haciéndolos muy adecuados para imágenes en vivo utilizando células marcadas con fluorescencia. Sin embargo, Los autores descubrieron que la visualización de la población HSPC estaba constantemente oscurecida por células pigmentadas llamadas melanocitos..
Los investigadores utilizaron ingeniería genética para generar pez cebra carente de melanocitos, y descubrió que las HSPC se desarrollaron normalmente, indicando que las células pigmentadas no son esenciales para el mantenimiento de HSPC. Sin embargo, Este hallazgo planteó la pregunta de qué (si alguno) Papel que tiene la población de melanocitos en relación con las HSPC.. Kapp y sus colegas realizaron una serie de experimentos inteligentes para investigar. Modificaron genéticamente peces para que carecieran de pigmentación de melanocitos, y demostró que la radiación ultravioleta causó mayores niveles de daño al ADN en estos peces que en los controles, así como un aumento en la muerte por HSPC. Próximo, anestesiaron peces pigmentados, haciendo que se volteen sobre sus espaldas. Esto eliminó la protección proporcionada por la ubicación física de los melanocitos, nuevamente, Los HSPC fueron rápidamente dañados por los rayos UV.. De este modo, Los melanocitos protegen las HSPC generando un escudo físico opaco contra la irradiación UV. (Higo. 1).
Células madre y progenitoras hematopoyéticas. (HSPC), que dan lugar a linajes de células sanguíneas, residen en microambientes especializados llamados nichos que ayudan a protegerlos del daño del ADN.. a, Kapp et al.1 han descrito una población de células pigmentadas llamadas melanocitos cercanas al nicho HSPC en el pez cebra.. Las células actúan como un paraguas opaco., proteger las HSPC de la irradiación ultravioleta. b, Los autores anestesiaron a los peces., haciendo que se giren sobre sus espaldas. Los melanocitos ya no protegían a las HSPC del daño de los rayos UV, demostrando que las células pigmentadas proporcionan un escudo físico, en lugar de actuar a través de mecanismos de señalización.
Kapp et al.. A continuación se demostró que este "paraguas" de melanocitos está presente en otras especies de peces., así como en ranas, en el que los melanocitos protegen el nicho HSPC en los renacuajos antes de que las células migren a la médula ósea durante el desarrollo. Los peces sin melanocitos en esta localización podrían haber tenido una desventaja selectiva durante la evolución, porque sus HSPC no habrían estado protegidos por el paraguas y habrían estado expuestos a daños por rayos UV. Esto habría llevado a una disminución del número de HSPC., y la exposición diaria a los rayos UV probablemente habría sido letal.
Estos hallazgos plantean la cuestión de si los organismos acuáticos han evolucionado de manera que otros aspectos cruciales, Las células vulnerables también están protegidas físicamente, ya sea por melanocitos u otras células cuidadosamente ubicadas, para evitar el daño inducido por los rayos UV.. Será interesante determinar cuántas otras células madre específicas de tejido se han apropiado de este tipo de protección física en los peces..
Queda por ver si los HSPC albergan lugares protegidos por melanocitos., o si los melanocitos pueden reclutarse o estimularse para que proliferen mediante señales de nichos de células madre sanguíneas. Otra pregunta es por qué las HSPC buscan un nicho diferente en los vertebrados terrestres.. Las HSPC abandonan regularmente sus nichos y circulan en la sangre, mientras que otras células madre adultas, aunque capaz de moverse, tienden a ser más estáticos. En efecto, Kapp et al.. destacó esta movilidad en ranas Rana adultas, en el que la ubicación de los HSPC cambia según la temporada, tal vez debido al cambio de exposición a los rayos UV. Esta movilidad podría dar a los HSPC una mayor capacidad para buscar sitios alternativos que puedan protegerlos mejor de los daños.. El hueso encapsularía completamente las células madre, proporcionando un escudo desde todos los ángulos. También podría haber otros beneficios para un nicho en la médula ósea, como niveles más bajos de oxígeno, que podría proporcionar protección contra otras formas de daño al ADN.
Los peces han desarrollado la capacidad de mitigar el daño al ADN inducido por los rayos UV mediante la reparación del ADN dependiente de la luz. . El hecho de que, a pesar de esta habilidad, Las HSPC parecen estar bajo presión evolutiva para buscar protección adicional y resalta la importancia de mantener la fidelidad de las células madre tisulares.. La protección física podría ser de particular valor en el sistema hematopoyético, porque las células sanguíneas tienen una alta tasa de renovación. Si las HSPC no pueden restablecer las poblaciones de células sanguíneas, Es probable que el organismo muera por anemia o infección..
Finalmente, Se podría predecir que otras células madre específicas de tejido que tienen menos potencial migratorio que las HSPC serían más propensas a sufrir daños., porque serían menos capaces de moverse a nichos protectores. Al obtener información sobre los pasos evolutivos adoptados para proteger las células madre hematopoyéticas, podríamos desarrollar estrategias para proteger estos tipos de células, refinar sus nichos actuales para mantener mejor el potencial de las células madre en organismos de vida más larga, incluidos los humanos.
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Este artículo ha sido elaborado por el equipo editorial de NBScience en el ámbito de la investigación clínica., biotecnología, e información médica internacional.
