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Reprogramación neuronal directa aplicada al estudio y tratamiento de enfermedades del sistema nervioso central.
INVESTIGACIÓN
Las metodologías de transdiferenciación entre linajes celulares han permitido obtener y estudiar tipos de células de difícil acceso para la comunidad científica, como las neuronas humanas del sistema nervioso central (SNC). Además, estas técnicas abren expectativas nuevas y prometedoras en terapias de sustitución celular, donde poblaciones neuronales dañadas podrían ser sustituidas por neuronas inducidas (iNs), obtenidas por reprogramación a partir de la glía residente en el área lesionada. No obstante, la eficiencia de la conversión celular y la funcionalidad de las iNs depende, en gran medida, del contexto donde la reprogramación tiene lugar (i.e. en cultivo, en el cerebro lesionado in vivo, en distintas áreas del SNC…). Nuestro laboratorio investiga los procesos moleculares y celulares que tienen lugar durante la reprogramación neuronal directa, con la finalidad de mejorar la tecnología y aplicarla tanto a la medicina regenerativa como al desarrollo de modelos de enfermedades neurodegenerativas in vitro.
Proyectos en curso:
Uso de la hipotermia para favorecer la reprogramación de células gliales a neuronas inducidas.
En un estudio previo demostramos que existe una barrera metabólica que impide la reprogramación de diversos tipos celulares a neuronas (Gascón et al., 2016, 2017). Ésta barrera tiene su origen en la transición metabólica, desde la glicolisis a la fosforilación oxidativa, que las células experimentan durante la conversión neuronal, y que conlleva a la formación de radicales libres de oxígeno y a la muerte de las células por ferroptosis.
La hipótesis de partida de este proyecto es que la reducción de la velocidad a la que suceden las reacciones químicas durante la reprogramación neuronal, inducida por hipotermia, aporta el tiempo necesario para que las células se adapten a la nueva identidad metabólica, lo que disminuye la aparición de radicales libres de oxígeno. Nuestros datos indican que, en condiciones de hipotermia, diversos tipos de células gliales en cultivo pueden ser reprogramados a neuronas más eficientemente. El objetivo final de esta línea de trabajo es aplicar la hipotermia en modelos de reprogramación neuronal in vivo para aumentar la eficiencia de las terapias basadas en la sustitución celular.
Reprogramación neuronal directa para el estudio de enfermedades neurodegenerativas.
En las últimas décadas, las iPSCs han sido el material de partida más apropiado para obtener y estudiar distintos tipos de células humanas in vitro. Sin embargo, la adquisición de la pluripotencia conlleva al rejuvenecimiento de las células, lo que dificulta el estudio de las correlaciones moleculares y/o celulares entre las enfermedades neurodegenerativas y el proceso del envejecimiento celular. Para solucionarlo, una alternativa prometedora es el uso de metodologías basadas en la conversión celular directa, que mantienen la edad inicial de las células reprogramadas.
En nuestro laboratorio utilizamos este enfoque para reprogramar fibroblastos dérmicos humanos a distintos tipos de neuronas y otras células relevantes en enfermedades del SNC como, por ejemplo, neuronas motoras y miotubos del músculo esquelético, dos linajes afectados en la esclerosis lateral amiotrófica (ELA). En este caso, para la reprogramación neuronal utilizamos vectores retrovirales que inducen la expresión de los genes Neurog2, Isl1 y Bcl-2. La combinación estos genes, tanto en fibroblastos control como en aquellos procedentes de pacientes con ELA, da lugar a una población pura de neuronas motoras inducidas (iMNs, β-III-tubulina+, Hb9+ e Isl2+). Para la obtención de músculo esquelético, utilizamos una metodología similar, basada en la expresión retroviral del factor miogénico MyoD. En condiciones de cultivo específicas, los miotubos inducidos (iMs) resultan inmunoreactivos para faloidina y miosina, exhiben estructuras sarcoméricas bien definidas y establecen uniones neuromusculares (detectables con bungarotoxina) con las iMNs.
Este tipo de cultivos son una plataforma ideal para el desarrollo de distintos modelos de enfermedades neurodegenerativas, y nuestro equipo los utiliza extensivamente en el estudio de la patología humana.
Ver más información en www.gasconlab.com
Metodología más relevante.
1) Desarrollo de cultivos primarios de células de ratón y de líneas humanas, así como su utilización en modelos de reprogramación celular.
2) Métodos de análisis del estado redox celular y de estrés oxidativo durante la reprogramación neuronal.
3) Técnicas de reprogramación neuronal en el cerebro de ratón adulto.
4) Producción y uso de vectores retrovirales para la expresión de proteínas exógenas.
5) Utilización del virus de la rabia para el rastreo sináptico retrógrado.
6) Técnicas de biología molecular y biología celular, como realización de clonajes, inmunocitoquímica, inmunohistoquímica, citometría de flujo y análisis de perfil transcriptómico en célula única.
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