hLas células madre hematopoyéticas (HSC) son fábricas celulares que producen sangre y células inmunitarias, pero su producción varía significativamente. Esta variación influye en el éxito de las terapias de trasplante de médula ósea, que dependen en gran medida de la cantidad y tipo de células sanguíneas en el trasplante de HSC de donante.1 Aunque la expresión genética influye en el linaje celular, el mecanismo regulador sigue sin estar claro.
“Este es un ejemplo en el que el uso terapéutico precede a nuestra comprensión del mecanismo fundamental. [HSC] “Se ha demostrado clínicamente que son útiles, por lo que realmente impulsa más investigaciones para comprender mejor su regulación”, comentó Rong Lubiólogo de células madre de la Universidad del Sur de California.
Al investigar la regulación de las HSC para mejorar la regeneración inmune, Lu y su equipo identificaron asociaciones entre la actividad genética que modula la variedad y la cantidad de producción de células inmunes. Su recomendacionespublicado en avances científicos, Proporcionar información sobre cómo las distintas características genéticas pueden mejorar la optimización de los grupos de células de donantes para terapias.2
Los autores del estudio, Rong Lu (izquierda) y Du Jiang (derecha), pretenden comprender cómo se regulan las células hematopoyéticas.
Gal Manella
Lu se preguntó si las diferencias entre los HSC individuales eran intrínsecas o estaban influenciadas por su entorno. Para probar esto, los investigadores infectaron HSC con lentivirus portadores únicos códigos de barras genéticos para rastrear células individuales. Este método permitió a Lu medir la cantidad y el tipo de producción celular.3 Lu se centró en los granulocitos y las células B, que son las células inmunes mieloides y linfoides más abundantes, respectivamente.
En un experimento de trasplante de uno a varios, inyectaron clones de HSC con código de barras en un receptor primario de ratón. Después de recuperar las mismas células madre, los investigadores las trasplantaron a varios otros ratones. Incluso con tratamiento de radiación o quimioterapia antes del trasplante, los niveles de producción de sangre en los ratones secundarios se mantuvieron constantes; Estos resultados implicaron que un factor inherente dicta la capacidad de producción de sangre.
“El desafío técnico clave es poder conectar el seguimiento de las células y la producción celular con la expresión genética de las células correspondientes”, dijo Lu.
Para abordar esta cuestión, los investigadores midieron la producción celular del HSC con código de barras rastreado genéticamente. Después de utilizar la secuenciación de ARN unicelular (scRNA-seq), etiquetaron células individuales con otra etiqueta: un código de barras celular de ADNc. Para vincular los datos del seguimiento genético y scRNA-seq, Lu y su equipo generaron “puentes moleculares” mediante la reacción en cadena de la polimerasa para amplificar las moléculas que contienen ambos códigos de barras. Luego asignaron la salida del linaje unicelular a la expresión genética frente a una biblioteca de ADNc para generar una base de datos de puentes moleculares.
Lu y su equipo utilizaron la base de datos para cuantificar los resultados del linaje HSC en ratones, midiendo los niveles de transcripción de genes asociados con la producción de células sanguíneas. Identificaron casi 40 genes relacionados con la producción de células sanguíneas y algunos están relacionados con enfermedades que influyen en la producción de células inmunitarias. Encontraron ciertos genes asociados con la producción de células linfoides y otros que contaban con un equilibrio de varias células inmunes.
Para profundizar en las asociaciones entre la actividad genética y la cantidad y variedad de células inmunes producidas, Lu examinó genes en todo el rango de producción de un linaje. En lugar de simplemente categorizar estos resultados como bajos o altos, realizó un análisis más completo para detectar genes que podrían tener un punto óptimo.
“Los resultados nos dicen que existe algún tipo de mecanismo o patrón de asociación cuantitativa que no hemos apreciado en el campo, que es cómo los genes controlan cuantitativamente el comportamiento celular”, dijo Lu.
Al utilizar un enfoque de puente molecular para acoplar la producción celular con un patrón de expresión de genes moleculares, los investigadores pueden capturar una imagen completa de las variaciones naturales en las HSC.
Rong Lu
Los investigadores encontraron que los genes se correlacionaban con la cantidad y el tipo de producción de células sanguíneas mediante cuatro modelos de asociación: constante, unimodal, discreto y multimodal. Identificaron algunos genes con asociación constante, donde la expresión génica siempre se asocia con la producción de linfocitos. En genes discretamente asociados, la producción de linfocitos se encontraba dentro de un rango específico de niveles de producción. Lo más común es que los genes cayeran en la categoría unimodal o multimodal. En los patrones unimodales, la producción celular depende del estado de expresión genética y se asemeja a un interruptor de encendido/apagado. Sin embargo, en asociaciones multimodales, la actividad genética ocurre en múltiples niveles o umbrales para varias cantidades distintas de producción celular.
“Este estudio utiliza una tecnología inteligente que involucra tanto biología molecular sofisticada como enfoques computacionales. Es un enfoque muy novedoso sobre cómo rastreamos y evaluamos las células madre sanguíneas y sus resultados”, comentó David Kent, biólogo de células madre de la Universidad de York que no participó en el estudio. “[This method] sienta las bases para responder nuevas preguntas, por lo que lo veo como un documento de desarrollo de herramientas beneficioso”.
A través de este trabajo, Lu espera alcanzar el siguiente nivel de medicina de precisión. “Al comprender la diferencia entre las células individuales, podemos hacer que todas las células hagan las cosas que queremos. Esto realmente aprovechará la variación natural entre células individuales para gestionar poblaciones de células completas”, dijo Lu.
Referencias
- Lu R, et al. Vías de compromiso de linaje a nivel clonal de células madre hematopoyéticas in vivo. Proc Natl Acad Sci EE.UU.. 2019;116(4):1447-1456.
- Jiang D, et al. Asociación cuantitativa entre la expresión genética y la producción de células sanguíneas de células madre hematopoyéticas individuales en ratones. Ciencia avanzada. 10(4) de enero de 2024:eadk2132.
- Lu R, et al. Seguimiento de células madre hematopoyéticas individuales in vivo mediante secuenciación de alto rendimiento junto con códigos de barras genéticos virales. Nat Biotecnología. 2011;29(10):928-933.