Dopo la scoperta nel 2006 della riprogrammazione delle cellule somatiche mediante fattori di trascrizione, indotto cellula staminale pluripotente le linee finora sono state prodotte solo per poche specie animali. Inoltre, le cellule generate variano notevolmente in termini di qualità. Ciò si traduce in potenziali di sviluppo variabili, limitandone l’uso nelle terapie rigenerative.
Un team internazionale di scienziati guidati da Hans Schöler e Sergiy Velychko dell’Istituto Max Planck di biomedicina molecolare di Münster, in Germania, ha costruito un fattore di riprogrammazione – super-Sox – con una maggiore capacità di cooperare con un altro fattore – Oct4, che ha migliorato notevolmente il processo di riprogrammazione.
Utilizzando super-Sox, i ricercatori hanno prodotto cellule staminali pluripotenti indotte di alta qualità da esseri umani e altre specie, come topi, scimmie granchivore, bovini e maiali, con alta efficienza.
Super-Sox ha rivelato il ruolo chiave del dimero Sox2/Oct4 nel potenziale di sviluppo delle cellule staminali pluripotenti. La tecnologia apre nuove possibilità per le terapie di sostituzione cellulare e la coltivazione di organi per i trapianti, oltre ad aprire strade per applicazioni più inaspettate, come la conservazione delle specie in via di estinzione.
Modello del dimero Super-Sox (blu)/Oct4 (giallo) su un’area regolatrice del gene Oct4 nel DNA (grigio). Credito immagine: MPI f. Biomedicina molecolare
Nel 2006, Shinya Yamanaka e il suo team hanno prima convertito le cellule somatiche del topo in cellule pluripotenti utilizzando solo quattro fattori di trascrizione, Oct4, Sox2, Klf4 e cMyc. Queste cellule, da cui possono nuovamente emergere tutti i tipi cellulari del corpo, sono chiamate cellule staminali pluripotenti indotte.
Un anno dopo, gli stessi fattori furono utilizzati per riprogrammare le cellule umane. Yamanaka ha ricevuto il Premio Nobel per la Fisiologia e la Medicina nel 2012 insieme a Sir John Gurdon per questo lavoro.
La capacità legante di Sox2 non è abbastanza forte
Oct4 e Sox2 legano il DNA come una coppia (chiamato dimero) e insieme inducono e mantengono la pluripotenza. Ma nel cocktail di riprogrammazione “convenzionale”, Sox2 non collabora con Oct4 in modo sufficientemente forte da ottenere un ripristino epigenetico completo, con conseguente incapacità di generare del tutto cellule iPS per le scimmie e le specie di bestiame, o dando origine a cellule iPS di bassa qualità per i topi. e umano. Sox17 può anche cooperare con Oct4, ma su sequenze di DNA diverse, che non controllano i geni pluripotenti, rendendo Sox17 inadatto alla riprogrammazione.
I ricercatori hanno poi prodotto una variante artificiale di Sox scambiando elementi cruciali per il legame con Oct4 da Sox17 a Sox2. “Ho creato e testato dozzine di fattori chimerici Sox2-Sox17”, afferma Sergiy Velychko. Come postdoc presso l’Istituto Max Planck di Münster è stato la forza trainante e il principale contatto per lo studio. Ora sta svolgendo ricerche presso la Harvard Medical School (USA). “Ho scoperto che un singolo scambio di residui ha migliorato la dimerizzazione di Sox2/Oct4. Abbiamo chiamato il nostro fattore chimerico più efficiente Sox2-Sox17 super-Sox.’
“Il dimero Sox2/Oct4 extra stabile guida la riprogrammazione in modo più efficiente e genera cellule iPS con un potenziale di sviluppo più elevato,” continua Schöler. ‘Super-Sox non aiuta solo a generare nuove cellule staminali pluripotenti indotte di alta qualità; può anche migliorare il potenziale di sviluppo delle cellule staminali pluripotenti esistenti in varie specie attraverso un’ulteriore breve fase di riprogrammazione,’ dice Velychko. “Per la prima volta possiamo produrre senza sforzo (cioè in meno di una settimana) cellule iPS che sono così competenti dal punto di vista dello sviluppo da poter facilmente dare origine ad animali viventi completi.”
“Uno dei vantaggi di questo sistema è che si possono usare metodi in cui il DNA della cellula non viene alterato, ad esempio utilizzando l’RNA per la riprogrammazione. Ciò fornisce materiale di partenza perfettamente adatto per il trapianto. Riduce inoltre la necessità di cellule staminali embrionali umane, il che dovrebbe portare a una riduzione delle preoccupazioni etiche”, afferma Schöler.
Riprogrammazione cellulare in altre specie
Un altro grande vantaggio è che questo sistema può essere applicato a cellule somatiche di vari mammiferi. Oltre alle cellule umane e di topo, anche cellule di maiali, bovini e scimmie sono state riprogrammate in cellule staminali pluripotenti indotte. “Il ruolo centrale del dimero Sox2/Oct4 nella pluripotenza sembra essere conservato in tutti i mammiferi. Super-Sox è stato particolarmente utile per riprogrammare tipi di cellule somatiche resistenti, come le cellule della pelle di pazienti anziani,’ dice Velychko.
“Un sistema di riprogrammazione così eccellente offre un’ampia gamma di possibili applicazioni di importanza sociale: ad esempio, il sangue proveniente dalle banche del cordone ombelicale potrebbe essere riprogrammato in cellule staminali pluripotenti indotte, come si sta già facendo in Giappone con il cocktail originale,” dice Schöler. Un archivio di cellule staminali cliniche pluripotenti indotte dall’uomo costituirebbe un archivio estremamente utile per l’utilizzo delle cellule per i trapianti. Da un lato il DNA del sangue del cordone ombelicale è di altissima qualità e dall’altro la reazione di rigetto dell’organismo sarebbe notevolmente inferiore. ‘Istituire un archivio di cellule staminali di questo tipo rappresenta uno sforzo notevole, ma sarebbe una grande iniziativa europea. Potrei immaginare che non solo le cellule staminali pluripotenti indotte ma soprattutto le cellule staminali corporee da esse derivate possano essere conservate centralmente e da lì inviate alle cliniche richiedenti”, dice Schöler.
Inoltre, il metodo consentirà la generazione di cellule staminali pluripotenti indotte di alta qualità da animali in via di estinzione, che potranno essere preservate e potenzialmente utilizzate per favorire la conservazione di queste specie. “Sarebbe una sorta di arca di Noè con cellule staminali”, spiega Schöler e aggiunge: “Molte domande sono ancora aperte in questo contesto, ed è necessaria una buona collaborazione interdisciplinare per trasferire in pratica in modo efficace e sicuro le possibilità create da questo lavoro.”
Fonte: MPG
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
