Efectos del oxígeno en la expresión genética y diferenciación de líneas de células madre embrionarias humanas (hesc)

Abstract

Los primeros estadios del desarrollo embrionario en mamíferos, tienen lugar en un ambiente de hipoxia e incluso anoxia. Sin embargo las células madre embrionarias humanas (hESC) obtenidas a partir de la masa celular interna del embrión en el estadio de blastocisto, son cultivadas en el laboratorio de manera rutinaria en condiciones de normoxia (21% de O2). Nuestra hipótesis de trabajo es que los niveles de oxígeno están implicados en la modulación de la expresión génica y por tanto en el potencial de diferenciación en hESC, jugando un papel importante durante el desarrollo y compromiso de estas células hacia los distintos linajes celulares. Por lo que hemos estudiado el perfil de expresión genética de las mismas en normoxia (21% de O2) y a bajos niveles de oxígeno (1% y 5% de O2) respectivamente, mediante microarrays de genoma completo. Las herramientas bioinformáticas empleadas en este trabajo han revelado claras diferencias en el perfil de expresión génica de hESC en función del nivel de oxígeno al que han sido expuestas. Evidenciando que la exposición de hESC a bajos niveles de oxígeno regula al alza la expresión de genes asociados con desarrollo y la formación del sistema circulatorio, uno de los primeros eventos que tiene lugar durante el desarrollo embrionario. Consiguientemente el perfil de expresión génica de hESC a bajos niveles de oxígeno se asoció con el fenotipo endotelial, con una elevada eficiencia de diferenciación hacia este tipo celular. Las células endoteliales derivadas al 5% de O2 eran además capaces de dar lugar a estructuras tubulares in vitro, y de contribuir a la mejora de la función cardíaca y regeneración de la cicatriz en un modelo de infarto agudo de miocardio en rata. Teniendo en cuenta todo lo dicho con anterioridad en este trabajo hemos desarrollado un método simple rápido y eficiente para la diferenciación de células endoteliales basado unicamente en la manipulación de los niveles de oxígeno, con una eficiencia mucho más alta que la obtenida con los métodos existentes hasta la fecha, tanto a partir de fuentes adultas como de hESC. Demostrando además que las células derivadas son funcionales tanto in vitro como in vivo. Pudiendo concluir por tanto, que los resultados obtenidos en este trabajo tienen importantes implicaciones, no solo en la comprensión de la biológica básica de las hESC y del desarrollo embrionario humano, sino que también pueden ser empleados en el diseño de terapias celulares y farmacológicas orientadas a la reparación de lesiones vasculares.