Células estaminais induzidas de Pluripotent (iPS): Descoberta, vantagens e de gene de CRISPR Cas9 edição

As células estaminais pluripotent induzidas (iPS) são as pilhas somáticas que podem ser reprogrammed expressando uma combinação de factores embrionários da transcrição. Como células estaminais embrionárias, as pilhas do iPS podem diferenciar-se em todas as três camadas da célula germinal: ectoderme, mesodermo, e endoderme. As pilhas reprogrammed podem ser usadas para gerar células estaminais para doenças, para drogar a revelação, e a terapia de célula estaminal regenerativa personalizada.

Este artigo cobrirá:

Células estaminaislmstockwork | Shutterstock

A descoberta de células estaminais pluripotent induzidas (iPS)

Experiências adiantadas

Embora a descoberta real de células estaminais pluripotent fosse feita em 2006, diversos estudos pavimentaram a maneira para esta descoberta. O senhor John Gurdon demonstrou o primeiro exemplo de reprogramming quando gerou girinos das pilhas de ovo unfertilized enucleated das rãs transplantadas com o núcleo das pilhas somáticas epiteliais dos girinos. Este método - conhecido como transferência nuclear da pilha somática - foi executado em 1962 e causou a ideia da clonagem.

O senhor Ian Wilmut e seus colegas usou o princípio de transferência nuclear da pilha somática à zorra do clone os carneiros trinta e cinco anos após experiências do senhor John Gurdon. Estas duas experiências mostraram que o núcleo de pilhas somáticas diferenciadas contem toda a informação genética necessária criar a partir do zero um ` inteiro do organismo'.

As linha celular embrionárias da haste do rato e as linha celular embrionárias humanas da haste foram criadas em 1981 e 1998, respectivamente. Estas linha celular foram criadas dos embriões da pre-implantação e tiveram a propensão criar toda a pilha no corpo. Em uma outra descoberta do marco, Takashi Tada e seus colegas mostraram reprogramming de pilhas somáticas fundindo pilhas somáticas adultas com células estaminais embrionárias, criando por sua vez as pilhas que poderiam expressar genes pluripotency-relacionados em 2001.

Células estaminais pluripotent induzidas

Todas estas descobertas pavimentaram a maneira para Shinya Yamanaka e Kazutoshi Takahashi quando desenvolveram células estaminais pluripotent primeiramente induzidas em 2006. Empregaram um método diferente de reprogramming onde usaram um retrovirus para entregar quatro factores reprogramming da transcrição: a transcrição Octamer-obrigatória factor-3/4 (os 3 /4 de outubro), Kruppel gosta de Factor-4 (Klf4), sexo-determinando a Y-caixa 2 da região (SOX2) e o c-Myc. Estes quatro factores são chamados igualmente factores de “OSKM”. O mesmo método foi usado por Yamanaka e sua equipe para desenvolver subseqüentemente o ser humano induziu células estaminais pluripotent (hiPSCs).

Produzindo pilhas do iPS para o uso na pesquisa e na medicina

Armado pelo conhecimento dos estudos precedentes que demonstraram que os ovos unfertilized e as células estaminais embrionárias contêm os factores que podem dar pluripotency às pilhas somáticas, Yamanaka e sua equipe supor que os factores que ajudam em manter a identidade da célula estaminal embrionária pode igualmente ter os papéis críticos para induzir o pluripotency em pilhas somáticas.

A transcrição fatora - como Oct3/4, Sox2 e Nanog - tinha sido mostrada para ter papéis no pluripotency de manutenção em embriões adiantados e em células estaminais embrionárias. Também, os genes tais como Stat3, as eras, o c-Myc, Klf4, e o b-catenin tinham sido mostrados para ser a longo prazo manutenção envolvida do fenótipo embrionário da célula estaminal e proliferação de células estaminais embrionárias em condições da cultura. Assim, em 2006 Yamanaka e seus colegas seleccionaram estes factores para testar sua eficácia em induzir o pluripotency em pilhas somáticas.

Twenty-four genes selecionados do candidato foram testados em um ensaio onde a indução do estado pluripotent fosse detectada como a resistência ao antibiótico G418 (um relacionado antimicrobial do aminoglycoside ao gentamycin). Os genes do candidato foram introduzidos nos fibroblasto embrionários do rato, e as pilhas transduced foram cultivadas nas pilhas de alimentador mantidas no media da célula estaminal embrionária que contem concentrações altas do antibiótico acima mencionado.

Em curto, a presença de todos os 24 genes do candidato criou colônias da antibiótico-resistência. Estas colônias resistentes igualmente possuíram a haste embrionária pilha-como propriedades, incluindo características da morfologia e da proliferação. A análise mais aprofundada revelou que estas colônias igualmente abrigaram marcadores embrionários da célula estaminal, tais como Oct3/4, Nanog, eras, Cripto, Dax1, Zfp296 e Fgf. Conseqüentemente, esta experiência revelou aquela combinar esta 24 candidatos que os genes poderiam induzir genes embrionários do marcador da célula estaminal.

Contudo, para investigar que destes genes do candidato eram indispensáveis para este processo de conversão, a equipa de investigação observou o efeito de retirar factores individuais da associação de genes do candidato. Encontraram aquele remover quatro factores - Oct3/4, Klf4, Sox2, e c-Myc - conduzidos a nenhumas colônias ou a alisador, haste menos embrionária pilha-como colônias. Estes resultados sugerem que os quatro factores acima mencionados tenham um papel importante para gerar células estaminais pluripotent induzidas dos fibroblasto embrionários do rato.

Que são as vantagens e as desvantagens de pilhas do iPS?

Vantagens

As células estaminais pluripotent induzidas não são derivadas das células estaminais embrionárias, e esta nega os interesses éticos actuais no campo em relação à utilização de células estaminais embrionárias. Como podem ser obtidos das pilhas somáticas do mesmo doador que receberá a transplantação, as edições do histocompatibility são reduzidas dràstica.

Este método ajudou a desenvolver nossa compreensão em relação ao “reprogramming” o processo e a informação é transferível in vivo às terapias visadas reprogramming pilhas danificadas ou doentes. Assim, as drogas paciente-específicas podem ser desenvolvidas para testá-los sem pôr em perigo outros animais. Isto igualmente fornece “um modelo humano” testando vários candidatos das drogas, em contraste com os modelos animais que necessitam mais recursos e tempo e são menos eficientes.

Desvantagens

A questão principal é o uso dos retroviruses gerar iPSCs porque são associados com o cancro. Mais especificamente, os retroviruses podem introduzir seu ADN em qualquer lugar no genoma e subseqüentemente provocar a expressão genética cancerígena. Também, como mencionado antes, o c-Myc (um dos genes usados em reprogramming) é um oncogene conhecido, e seu overexpression pode causar o cancro.

Também, em determinada pilha não-divisora dactilografa (como PBMCs ou fibroblasto idosos da pele) a taxa reprogramming de pilhas somáticas aos iPSCs é muito baixo (menos de 0.02%). Há igualmente uma necessidade de avaliar a qualidade e a variabilidade do processo reprogramming. Por exemplo, os iPSCs têm frequentemente uma tendência não se diferenciar inteiramente. Daqui, há uma necessidade de levar a cabo uma avaliação quantitativa da qualidade final das pilhas e da tela para todas as alterações genéticas ou epigenéticas durante o processo reprogramming.

Gene-edição CRISPR/Cas9 de pilhas do iPS

A edição do gene de pilhas do iPS mostrou o grande potencial para explorar mecanismos moleculars/celulares que sustentam várias doenças neurodegenerative, imunológicas, hematológicas, metabólicas, e cardíacas. Presentemente, CRISPR/Cas9 está sendo usado na pesquisa para gerar modelos da doença e para restaurar as funções normais das pilhas. Esta era uma ajuda significativa aos cientistas para descobrir a causa genética para uma miríade das circunstâncias.

CRISPR/Cas9 foi usado igualmente mutações genéticas do KO às várias, incluindo DNMT3B (a causa da distrofia muscular 2 entre outros), COL7A1 (bullosa distrófico do epidermolysis), e ABCA1 (deficiência familiar de HDL e doença de Tânger).

Em um estudo, os cientistas suprimiram das repetições de CGG conhecidas para causar a síndrome frágil de X no gene FMR1, curando a circunstância. Similarmente, Kim usou e outros CRISPR para corrigir uma mutação de ponto nas pilhas do iPSC derivadas dos pacientes que tiveram uma mutação no gene transformado Telangiectasia (ATM) da ataxia.

Fontes

Further Reading

Last Updated: Jul 17, 2019

Dr. Surat P

Written by

Dr. Surat P

Dr. Surat graduated with a Ph.D. in Cell Biology and Mechanobiology from the Tata Institute of Fundamental Research (Mumbai, India) in 2016. Prior to her Ph.D., Surat studied for a Bachelor of Science (B.Sc.) degree in Zoology, during which she was the recipient of an Indian Academy of Sciences Summer Fellowship to study the proteins involved in AIDs. She produces feature articles on a wide range of topics, such as medical ethics, data manipulation, pseudoscience and superstition, education, and human evolution. She is passionate about science communication and writes articles covering all areas of the life sciences.  

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