biomolecules control del destino y función de las stem cell
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Luis Fernando Sosa Tordoya
Carrera de Bioquímica
Instituto SELADIS-FCFB-UMSA
La Paz – Bolivia
2013
CONTROL DE LA FUNCION Y EL DESTINO DE LAS STEM CELLS POR COMPUESTOS QUIMICOS
Las ESC y iPSs son células con capacidad de AUTORRENOVACION y son
capaces de DIFERENCIARSE y dar origen a una gran variedad de células
representativas de las tres líneas germinales.
http://www.ebi.ac.uk/biomodels-main/static-pages.do?page=ModelMonth%2F2010-06
Si bien las ESC y iPSs son capaces de AUTORRENOVARSE pueden
DIFERENCIARSE a TERATOMAS
T E R A T O M A S
http://www.stembook.org/node/723
Stem Cells
FisiológicaHOMEOSTASISPatológica
Manipular con precisión la diferenciación celular
Medicina regenerativa
40% Cáncer
Stem Cells
FisiológicaHomeostasis
En pro de la Medicina regenerativa celular se han diseñado diferentes
protocolos de inducir la reprogramación de células a Stem Cells
LentivirusAdenovirus
miRNAPlásmidos
Eficiencia ≤ 1%
ESCsiPSCs
Medicina regenerativaTamizaje de medicamentos
Sobrevivencia
Reprogramación
Diferenciación
Homing
ESCsiPSCs
Sobrevivencia
Reprogramación
Diferenciación
Homing
Teratogenia“Terastos-oma”
http://www.islamanswering.com/subpage.php?s=article&aid=50
Stem Cells
Homeostasis MOLECULAS BIOSINTÉTICAS
En pro de la Medicina regenerativa celular se han diseñado diferentes
protocolos de inducir la reprogramación de células a Stem Cells
?
El tamizaje de las librerias de compuestos
químicos incluye dos pasos fundamentales:
a) Expresión del Oct4-GFP y morfología celular
b) Estudios confirmatorios para tratar de dilucidar
el modo de acción del compuesto.
De unas 50 000 moléculas tamizadas poco más de 20 han mostrado tener la
actividad biológica deseada.
El entendimiento de los fenómenos biológicos a menudo se inicia
observándolos para luego diseñar o descubrir vías para perturbarlos.
MOLECULAS
PEQUEÑAS
Medicina
regenerativa
Tamizaje de
medicamentos
VIAS DE SEÑALIZACION
MECANISMOS EPIGENETICOS
REG. FUNCIONES PROTEICAS
RAPIDO-REVERSIBLE
MODULABLEBlastocisto
Stem Cell
EFECTOS EN LA AUTORENOVACION DE LAS STEM CELLs
AUTORENOVACION
Feeder cells
Medio de cultivo
Citokinas (LIF, IL-6)
Factores de crecimiento
Hormonas
SFB
Extractos de suero
Pluripotin PluripotinRasGAP
ERK1X
AUTORENOVACION X50
EFECTOS EN LA AUTORENOVACION DE LAS STEM CELLs
Pluripotin
RasGAP
ERK1X
STEM CELL
AUTORENOVACION X50
SR1
Boitano et.al.
Los antagonistas del receptor Arilico Hidrocarbonado han sidoinplicados en varias vías reguladoras de la hematopoyesis, incluyebdo:HES-1, c-Myc, C/EBP, PU.1, β-catenina, CXCR4, y procesosdependientes de Stat5.
EFECTOS EN LA AUTORENOVACION DE LAS STEM CELLs
Inhibe TGFb
A80301
PD035901
CHIR9902low
Mantiene forma
PD035901
CHIR9902High
TGFbR
Diferenciación
http://www.sabiosciences.com/pathway.php?sn=TGF_Beta_Pathway
EFECTOS EN LA AUTORENOVACION DE STEM CELLs
Inhibe TGFbR
A80301
PD035901
CHIR9902low
Mantiene forma
PD035901
CHIR9902High Diferenciación
TGFbR
DOI: 10.1038/ncomms1165
EFECTOS EN LA DIFERENCIACION DE STEM CELLs
La terapia asistida o la medicina regenerativa para su aplicación clínica
requiere que primero logremos diferenciar las ESC, iPSC o MSC en el tipo
celular requerido
EpidermisEpitelio. Cartílago Músculo Tejido Neural
ESC/iPSC
?
EFECTOS EN LA DIFERENCIACION DE STEM CELLs
MOLECULAS
Medicina regenerativaTamizaje de medicamentos
Control de la diferenciación
Acelerar proceso de diferenciación
Eficiencia de diferenciación
ESC/iPSC
EFECTOS EN LA DIFERENCIACION DE STEM CELLs
Para un paciente diabético (DM1) debemos diferenciar las SCs a
endodermalSC, a partir de células endodérmicas podemos producir
células b pancreáticas.
ENFERMEDADES NEUROLOGICAS
GSK3TGFbNotch
NO
SE
AUTO
REPL
ICAN
ENFERMEDADES NEUROLOGICAS
INHIBIR
SC N
EURO
EPIT
ELIA
LES
pri
miti
vas
CHIR99021SB431542
GSK3TGFbNotch
GSK3= Glycogen Sintetase Kynase; Notch
INHIBIR
Auto
reno
vaci
ón
NogginSB431542
BMP4 TGFb
EFECTOS EN LA DIFERENCIACION DE STEM CELLs
BMP4= Bone Morphogenetic protein 4
EFECTOS EN LA DIFERENCIACION DE STEM CELLs
Células endodérmicasACTIVINA A
40000 moléculas analizadas
Cartílago
IDE1
IDE2
Células endodérmicas
hESC 50%
mESC 80%
Células pancreáticas
IDE = induce Definitive Endoderm
Paciente
Células Neurales
Células B
Células cardiacas HepatocitosTerapia celular
Modelos de enfermedades para estudios de drogas
Oct3/4, Sox2, Nanog, Lin28
Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc
EFECTOS EN LA REPROGRAMACION CELULAR
EFECTOS EN LA REPROGRAMACION CELULAR
Pluripotina
MEF iPSC
Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc
Oct3/4, Sox2, Nanog, Lin28
Endodermo
Ectodermo
Mesodermo
MEF iPSC
Oct3/4, Sox2, Klf4,
Endodermo
Ectodermo
Mesodermo
RG108BayK8644
Incrementan
pluripotencia > 1%
EFECTOS EN LA REPROGRAMACION CELULAR
Pluripotina
MEF
iPSC
Sox2,Oct3/4, Klf4,
Endodermo
Ectodermo
Mesodermo
Kenpaullone
TGFb MEK
PD0325901 SB431542
generación de iPSC > 100 fold
CONTROL DE LA PRODUCCION DE TUMORES
We found that quercetin-induced selective cell death is caused bymitochondrial accumulation of p53 and is sufficient to prevent teratomaformation after transplantation of hESC- or hiPSC-derived cells. Takentogether, these results provide the “proof of concept” that small-moleculetargeting of hPSC-specific antiapoptotic pathway(s) is a viable strategy toprevent tumor formation by selectively eliminating remainingundifferentiated pluripotent cells for safe hPSC-based therapy.
CONTROL DE LA PRODUCCION DE TUMORES
Follow-up in vivo studies revealed that FL118 exhibits superior antitumorefficacy in human tumor xenograft models in comparison with irinotecan,topotecan, doxorubicin, 5-FU, gemcitabine, docetaxel, oxaliplatin, cytoxanand cisplatin, and a majority of mice treated with FL118 showed tumorregression with a weekly64 schedule. FL118 induced favorable body-weight-loss profiles (temporary and reversible) and was able to eliminatelarge tumors. Together, the molecular targeting features of FL118 plus itssuperior antitumor activity warrant its further development toward clinicaltrials.
MOLECULAS PEQUEÑAS EN LA TERAPEUTICA CON STEM CELLS
Moléculas pequeñas
Medicina regenerativaTamizaje de medicamentos
Generar poblaciones homogéneas de SC tejido específicas
Manipular funcionescelulares
Generar adecuada cantidad de SC
Producir células funcionales para terápia celular
Manipular características celulares
MOLECULAS PEQUEÑAS EN LA TERAPEUTICA CON STEM CELLS
Diprotin
DDP= Di Peptidil peptidase, SDF1= Stromal Derived Factor 1
Gracias“por su atención”