Ricercatori sulle cellule staminali pluripotenti meccanismo che regola il metabolismo umano cellule staminali scoprire

Marzo 24, 2016 Admin Salute 0 18
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Le cellule umane staminali pluripotenti, che possono svilupparsi in qualsiasi tipo di cellula del corpo, fanno molto affidamento sulla glicolisi, o fermentazione di zuccheri, di guidare le loro attività metaboliche.

In contrasto, cellule mature in bambini e adulti dipendono più mitocondri cellulari per convertire lo zucchero e ossigeno in anidride carbonica e acqua durante un elevato processo chiamato fosforilazione ossidativa che produce energia per le loro esigenze metaboliche.

Come le cellule passare da una forma di produzione di energia ad un altro durante lo sviluppo è sconosciuto, se l'accertamento da UCLA ricercatori sulle cellule staminali offre una nuova visione per questa transizione che potrebbe avere implicazioni per l'utilizzo di queste cellule per le terapie nella clinica.




Basata principalmente sull'aspetto visivo, era stato ipotizzato che le cellule staminali pluripotenti contenevano mitocondri non sviluppate e inattivi, che sono le centrali di produzione di energia che guidano la maggior parte delle funzioni cellulari. Si pensava che i mitocondri delle cellule staminali non potevano respirare, o convertire lo zucchero e ossigeno in anidride carbonica e acqua con la produzione di energia. Ciò ha portato la maggior parte degli scienziati di aspettarsi che i mitocondri maturato e ha guadagnato la capacità di respirare durante la transizione da cellule staminali pluripotenti nelle cellule del corpo differenziate nel tempo.

Sorprendentemente, UCLA ricercatori sulle cellule staminali hanno scoperto che i mitocondri delle cellule staminali pluripotenti respirano più o meno allo stesso livello di cellule differenziate, anche se hanno prodotto pochissima energia, disaccoppiare così il consumo di zucchero e ossigeno di generazione di energia. Piuttosto che trovare che i mitocondri maturata con la differenziazione cellulare, come si è anticipato, i ricercatori hanno scoperto un meccanismo attraverso il quale le cellule staminali convertite dalla fermentazione del glucosio alla respirazione di ossigeno-dipendenti di raggiungere un potenziale di differenziazione completa.

Lo studio di quattro anni appare nel 15 novembre 2011 numero di The EMBO Journal, una rivista peer-reviewed della European Molecular Biology Organization. Teitell collaborato con Carla Koehler, un professore UCLA di chimica e biochimica, per lo studio.

"Molta attenzione viene rivolta al ruolo del metabolismo in cellule staminali pluripotenti per fare linee cellulari opportunamente differenziate per la ricerca e la possibilità di utilizzo clinico," ha detto il senior autore Dr. Michael Teitell, un ricercatore con il Centro di Eli e Edythe Broad Medicina Rigenerativa e Stem Cell Research presso la UCLA e professore di pediatria, patologia e medicina di laboratorio, e bioingegneria.

La domanda iniziale che richiede il nostro studio era se il metabolismo delle cellule staminali pluripotenti e cellule tumorali, che si basano anche pesantemente sulla glicolisi, erano molecolarmente simili, "ha detto." Questa domanda ci ha portato a studiare i dettagli di generazione di energia dai mitocondri in staminali pluripotenti cellule. "

Cells rendono energia sotto forma di ATP principalmente in due modi, per l'assorbimento di glucosio e fermentazione nel citoplasma o utilizzando la respirazione, in cui il glucosio e ossigeno vengono consumati per rendere anidride carbonica e acqua per alimentare funzioni cellulari. Teitell e il suo team prevede che le cellule staminali pluripotenti non potevano respirare a causa di rapporti di prelazione sull'immobile aspetto immaturo e scarsità di mitocondri.

La squadra di Teitell ha scoperto che i complessi molecolari responsabili per la respirazione, chiamato la catena di trasporto degli elettroni, nei mitocondri delle cellule staminali pluripotenti erano funzionali, ma le cellule invece invocati glicolisi per la produzione di energia. I ricercatori hanno ipotizzato che ci fossero uno o più sconosciuti regolatori, custodi delle cellule staminali da respirano, dal momento che la catena di trasporto degli elettroni era funzionale.

Jin Zhang, uno studente laureato e primo autore dello studio, ha scoperto che una proteina chiamata proteina di disaccoppiamento 2 (UCP2), è altamente espresso nelle cellule staminali. Ha anche scoperto che UCP2 bloccato substrati respirazione derivati ​​da zucchero di accedere ai mitocondri, invece li manovra ai percorsi glicolitico e biosintesi situati nel citoplasma, inibendo la capacità delle cellule staminali a respirare come un metodo per la generazione di energia.

Come le cellule staminali pluripotenti sono stati guidati a sviluppare in tipi di cellule mature, espressione UCP2 è stato spento, permettendo substrati respirazione di entrare mitocondri per la produzione di energia, il passaggio alle cellule di glicolisi alla fosforilazione ossidativa. Manipolazione espressione UCP2, con l'acceso in cellule differenzianti, disturbati loro maturazione, una scoperta che potrebbe renderli inadatti per uso clinico e anche indicando l'importanza del corretto funzionamento del metabolismo per generare sicuri, cellule di alta qualità.

Teitell e il suo team hanno confermato questi risultati in entrambe le cellule staminali embrionali umane in cellule staminali pluripotenti indotte, che sono le cellule del corpo maturi che sono geneticamente riprogrammate per avere abilità simili e gli attributi, come le cellule staminali embrionali pluripotenti.

"Un problema principale che si è evoluto durante lo studio era se fosse il processo di differenziazione delle cellule staminali pluripotenti che è stato alterando il modello del metabolismo, o era il cambiamento della configurazione del metabolismo alterato che il processo di differenziazione, un tipico pollo o -la-uovo domanda ", ha detto Teitell. "Abbiamo over-espresso UCP2 nelle cellule staminali e ha mostrato che i modelli di metabolismo cambiato prima di marcatori di pluripotenza o la maturazione delle cellule modificate, che indica che i cambiamenti nel metabolismo interessano cambiamenti nella differenziazione e non il contrario, almeno per UCP2. Questo è stato importante, per dimostrare il nesso di causalità per cambiamenti metabolici nel guidare il processo di differenziazione cellulare. Tuttavia, lascia ancora aperta la questione fondamentale di come esattamente manipolazione differenziazione delle cellule controlla il metabolismo cellulare, una domanda che ci stiamo lavorando duramente per indirizzo ".

Poiché il metabolismo delle cellule staminali pluripotenti e cellule tumorali appaiono molto simili, Teitell ha detto che la scoperta potrebbe potenzialmente essere usato per UCP2 nei tumori maligni che lo esprimono, di cui ci sono molti bersaglio. Silenziamento UCP2 potrebbe costringere le cellule tumorali a respirare, che potrebbe compromettere la loro capacità di crescere rapidamente.

Lo studio è stato sostenuto in parte dal California Institute for Regenerative Medicine, un Eli e Edythe Broad Centro di Medicina Rigenerativa e ricerca sulle cellule staminali borsa di formazione, il National Institutes of Health e il National Center for Research Resources.

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