Al igual que en la recalada a una frecuencia de radio difícil de alcanzar en una ciudad ocupada, las células madre embrionarias debe ordenar a través de un número aparentemente interminable de opciones para resolver en el mensaje genético específico, o estación, que instruye a ser más especializado, las células del cuerpo ( Easy Listening, tal vez, para que las células de la piel, y Techno de las neuronas?). Ahora los investigadores de la Escuela Universitaria de Medicina de Stanford han demostrado que este proceso de ajuste se realiza en parte mediante la restricción del número de mensajes, llamada transcripciones, producidos a partir de cada gen.

La mayoría de los genes pueden producir una variedad de transcripciones a través de un proceso llamado splicing. Las variaciones en la forma de un gen se empalma puede cambiar la forma y la función de la proteína producto final. Casi todos nuestros genes se pueden empalmar en más de una forma. Esta investigación es la primera vez, sin embargo, que la variedad de empalme se ha vinculado a la flexibilidad de desarrollo sin precedentes, o pluripotencia, exhibido por las células madre embrionarias.

"Las células madre embrionarias se cargan con muchas variantes de empalme para cada gen", dijo Michael Snyder, PhD, presidente del departamento de genética de la Universidad de Stanford. "Pero a medida que las células se diferencian y se vuelven más especializados, el número de tipos de reducciones de sus notas."

Snyder y sus colegas estudiaron los cambios en los niveles de transcripción de ARN se producen como las células madre embrionarias fueron inducidos en un plato de laboratorio a diferenciarse en células neurales. (La creación de las transcripciones de ARN es un paso intermedio en la generación de proteínas de ADN.) En el proceso que genera un único "diccionario" de los nervios variantes de empalme específicos, o isoformas.

"Hemos identificado un conjunto muy amplio de los nervios transcripciones específicas que va a ser muy poderoso", dijo Snyder. "Podemos comenzar a estudiar la diferenciación neuronal con un grado de precisión que nunca se ha soñado antes".

Snyder es el Ascherman W. Stanford, MD, FACS, Profesor de Genética y miembro del Centro de Cáncer de la Universidad de Stanford. Él es el autor principal de la investigación, que será publicado en marzo en línea 1 en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias. El primer autor del estudio es el erudito postdoctoral Jia Qian Wu, PhD.

Una forma de entender el empalme de genes es pensar de esta manera: Los genes están compuestos de varias "palabras" del ADN llamadas exones. Estos exones están separados uno del otro sobre el material genético de la célula primas interviniendo trozos de ADN no expresadas. Al cambiar la forma en que los exones se unen, o empalmados, así como en la transcripción del RNA final, la célula puede generar varios relacionados, aunque diferentes, productos proteínicos, o "frases" de cada gen. Estas variantes de ARN son llamados isoformas de ARN - y son importantes en muchos procesos biológicos, desde la generación de anticuerpos a los medicamentos de desintoxicación.

Snyder y Wu utilizado un método de secuenciación del ARN Snyder inventado mientras que en la Universidad de Yale llamada ARN-SEQ para realizar el seguimiento del ARN muchas isoformas encontrar en diferentes niveles en células madre embrionarias humanas. La técnica se puede identificar una gama mucho mayor de los niveles de ARN transcrito y es mucho más sensible que los métodos más tradicionales, como el análisis de microarray de ADN. Eso significa que es posible detectar de manera fiable las isoformas más raros, y, como resultado, más exactamente sondear los secretos de la vida de la transcripción de una célula madre de embriones - que resulta ser más ricas de lo imaginado.

"El gen humano promedio se sabe que tiene cuatro o cinco expedientes", dijo Snyder. "Pero esa cifra se irá mucho más ahora con esta nueva tecnología. Estamos midiendo estas con un grado de especificidad que nunca ha sido posible antes." Que la elección de los genes para expresar y, a continuación la forma de empalmar los genes, añade una capa de complejidad que permite a una celda para ajustar su perfil de proteínas final.

Los investigadores decidieron estudiar la diferenciación neuronal en un plato de laboratorio, en lugar de en el cerebro, porque es posible iniciar y seguir con las poblaciones de células purificada. Se supervisó la variedad de isoformas de ARN se encuentra en la células madre embrionarias humanas y los compararon con los que se encuentran en las células, ya que se convenció a través de tres etapas de la diferenciación en células neuronales llamadas células gliales. En cada etapa, se encontraron, la variedad de las isoformas en la disminución de las células - un fenómeno que denomina "especialización isoforma" - como se estableció en su lugar elegido.

Cuando los investigadores analizaron más de cerca, vieron que el resto de las isoformas estaban involucrados en las principales vías nerviosas de señalización o los receptores celulares. Además, en las primeras etapas de su diferenciación, las células gliales naciente contienen las isoformas de los receptores se encuentran en muchos otros tipos de células neurales - sugiriendo que podrían ser inducidos por varias otras vías de desarrollo.

Por último, el valor de la transcripción del investigador "diccionario" se insinúa en el hallazgo de que el tiempo de expresión de dos genes importantes en la diferenciación neuronal - SOX1 y PAX6 - en el ser humano es diferente que la observada en los ratones.

Snyder y Wu, en colaboración con investigadores de la Yale University, el Imperial College de Londres y 454 Life Sciences Centro de Secuenciación en Branford, Connecticut, para llevar a cabo la investigación. La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud, el estado de Connecticut, y la Fundación Grupo de Supervisión Interna.

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