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Regeneración hepática a partir de células troncales hematopoiéticas

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Regeneración hepática a partir de células troncales hematopoiéticas Powered By Docstoc
					Pontificia Universidad Católica de Chile Facultad de ciencias Biológicas Doctorado en Ciencias Biológicas Mención genética y molecular y microbiología

REGENERACIÓN HAPÁTICA A PARTIR DE CÉLULAS TRONCALES HEMATOPOIÉTICAS

María Francisca Blanco Herrera

INTRODUCCIÓN

La especificación de linaje es un proceso fundamental en el desarrollo de organismos multicelulares, el cual es reiterado en la edad adulta en los tejidos dependientes de células troncales (Weissman y cols., 2001). Se piensa que las células troncales provenientes de la masa celular interior del blastocisto, son esencialmente pluripotenciales. Sin embargo, esa idea ha cambiado y se ha mostrado que las células troncales provenientes de tejido adulto, son más flexibles de lo que originalmente se pensó (Forbes y cols., 2002).

Las células troncales (SC) han sido definidas como células clonogénicas y tienen un papel principal en la generación y mantención de muchos sistemas celulares. Las SC están presentes, tanto en el desarrollo como en el cerebro adulto, en hígado, intestino y en el sistema hematopoyético. La función de las SC es la mantención de la homeostasis celular de los tejidos y la regeneración y reemplazo de células dañadas.

Los sistemas de células troncales están compuestos de tres distintos tipos celulares: células troncales (SC), células en tránsito y células diferenciadas (Loeffler M y Potten CS, 1990). Las células troncales definidas funcionalmente por su capacidad de auto-renovación y de diferenciar a progenitores restringidos, a progenitores y/o células maduras funcionalmente especializadas. Las células en tránsito tienen una capacidad limitada de auto-renovación y diferenciación a multi-linaje y las células diferenciadas no se autorenuevan y poseen un potencial muy limitado de diferenciación. Se pensó que el potencial de diferenciación de las células troncales somáticas estaba confinado a un tejido u órgano en especial. Sin embargo, datos recientes han mostrado que las SC de un tejido pueden repoblar tejidos heterólogos. En este contexto, es importante enfatizar que existe un cierto grado de heterogeneidad inherente a la población de SC, de esta manera, no todas las SC de un tejido determinado son equivalentes, por ejemplo, en su estado del ciclo celular y en el patrón de expresión génico. Esta heterogeneidad ha sido reportada para las células troncales hematopoyéticas (HSC, hematopoietic stem cells) (Uchida y cols., 1996). Recientemente, numerosos reportes han sugerido que las células multipotenciales de la médula ósea pueden generar hepatocitos, neuronas o células mesenquimales primitivas (Pereira y cols.,1995) , músculo (Ferrari y cols., 1998) o astrositos (Kopen y cols., 1999). Además las células de la médula ósea enriquecidas en SC hematopoyéticas se ha propuesto que diferencian a músculo y una población lateral de células con actividad miogénica pueden reconstituir hematopoyesis en ratones irradiados letalmente (Gussoni y cols., 1999). Estos experimentos dan cuenta de una inesperada plasticidad o transdeterminación de SC multipotentes (o de su progenie) cuando se localizan en ambientes ectópicos. Una

explicación alternativa, es que las células transplantadas no son transdeterminadas si no que pueden adoptar el fenotipo de otros tipos celulares por fusión espontánea. Diversas hipótesis explican el cambio en el destino de una población de SC. La primera, dice que todos los tejidos poseen un tipo común de SC con el microambiente dirigiendo la diferenciación a un progenitor particular y a células efectoras maduras. Una segunda hipótesis dice que las SC revierten a un estadío del desarrollo similar a una célula embriónica troncal (ESC), antes de generar un sistema celular heterólogo.

Alternativamente, una tercera hipótesis dice que las SC con identidad tejido-específica podría ser directamente transformada a una SC de otro sistema celular. Una cuarta hipótesis predice que las SC tienen actividades oligopotenciales per se, tales como, actividades neurohematopoyéticas y neuromusculares, pero no serían pluripotenciales (Wei y cols., 2000). El hígado fetal funciona simultáneamente como órgano hematopoyético y hepático, aún cuando, cada linaje celular ha sido considerado separado y distinto. Sin embargo, reportes recientes han sugerido una nueva relación de linajes entre HSC y hepatocitos. Por ejemplo, se observó que al realizar biopsias de hígado en pacientes mujeres transplantadas con sangre periférica de dadores hombres, se obtenían hepatocitos derivados del dador (Korbling y cols., 2002). En la médula ósea han sido identificadas tres SC multipotentes, las HSC, las SC mesenquimales y las células progenitoras adultas multipotentes (Jiang y cols., 2002). Para identificar las células de la médula ósea responsables de la diferenciación al linaje de hepatocitos se utilizó un modelo animal de Tirosinemia tipo 1, inducible, una enfermedad del hígado letal y hereditaria causada por la deficiencia de la enzima fumarilacetoacetato hidrolasa (FAH-/-). Esto genera la acumulación de catabolitos derivados

de tirosina, succinil-ácido acético y fumaril-ácido acético, los cuales son tóxicos para el hígado. Las células HSC provenientes de un ratón macho dador (FAH+LacZ+) fueron transplantadas a un ratón hembra irradiado FAH-/- y después del injerto hematopoyético, la falla enzimática, fue inducida. Varios meses después del transplante, los animales habían recuperado las funciones del hígado, peso normal y eran distinguibles numerosos hepatocitos derivados del dador en el hígado (Lagasse y cols., 2000). Para que las HSC que residen en la médula ósea, se vuelvan hepatocitos funcionales en el hígado, las células deben transitar desde la médula ósea a la sangre periférica, circular al hígado, adherirse a las células endoteliales, extravasar a través de la barrera endotelial, incorporarse al parénquima del hígado e integrarse dentro de los lóbulos hepáticos. Poco se sabe de los factores sistémicos y los mecanismos que median y regulan el primer paso de migración y retención de HSC y células progenitoras con potencial hepático. Se desconoce además que factores emanan desde el hígado dañado que podrían facilitar la movilización de HSC o del homing al hígado y las propiedades de adhesión de HSC en el contexto del reclutamiento a un destino hepático. El proceso de diferenciación de HSC a hepatocitos puede ser directa o jerárquica como es comúnmente descrita para el proceso de diferenciación a múltiples linajes sanguíneos. En un sistema jerárquico, los progenitores existen y están comprometidos a diferenciar a linaje de hepatocito sin mostrar un fenotipo de hepatocito maduro. Entonces, un importante punto sin resolver es si existe realmente un progenitor hepático derivado de HSC y si existe, dónde se encuentra, en la médula ósea, en la sangre o en el hígado. Respecto a estas preguntas han sido recientemente publicados algunos trabajos que dan luces de los mecanismos involucrados en la generación de hepatocitos a partir de HSC.

Wang y colaboradores, demostraron que la fusión celular es la principal fuente de hepatocitos derivados de la médula ósea. Mediante análisis de Southern se demostró que los hepatocitos que regeneran el hígado son heterocigotos para alelos únicos de la médula dadora, en contraste a las células homocigotas originales. Además, análisis citogenéticos de hepatocitos transplantados desde el ratón hembra dador a receptores machos demostró los siguientes cariotipos: XXXY (diploide a fusión diploide) y XXXXYY (diploide a fusión tetraploide). Esto indica eventos de fusión entre células dadoras y hospederas. Los autores proponen que los hepatocitos derivados de la médula ósea provienen de la fusión celular y de la diferenciación de HSC (Wang y cols., 2003). Sin embargo, no existen evidencias reales que demuestren que SC no cultivadas, tales como HSC, sean capaces tanto de fusionarse con otra célula y de posteriormente, diferenciar a otro tipo celular no hematopoyético. Aún si la fusión ocurriera in vivo, muchos de tales eventos pueden producir células aberrantes ya que no todos los eventos de fusión resultan en células que diferencien con un histotipo, perfil de expresión génica o respuesta fisiológica normal o mecanismos homeostáticos, luego de un daño al tejido. En el ejemplo de los hepatocitos derivados de HSC en el modelo de ratón de FAH-/-, las células provenientes de una fusión celular, deben integrarse al parénquima hepático con apariencia histológica normal, restaurar los niveles fisiológicos normales de transaminasas, bilirrubina y aminoácidos. Además deben proliferar y repoblar el 30-50% de la masa del hígado (Lagasse y cols., 2000). El número de células troncales hematopoyéticas que se injertan en el hígado irradiado y generan hepatocitos, es bajo, pero este proceso puede ser amplificado por un daño al hígado o por inflamación viral. Lo anterior es evidenciado bajo condiciones de fuerte selección como en el ratón FAH-/-, donde se observa un fuerte aumento en la re-

población del hígado. Esto debido al transplante de células de la médula ósea de ratones transgénicos Bcl-2, a ratones silvestres seguido de varios ciclos de daño al hígado y regeneración inducida por apoptosis mediada por el ligando Fas (Mallet y cols., 2002). Otro ejemplo, es lo que se observa cuando altos niveles de hepatocitos derivados de la médula ósea aparecen en el hígado de un receptor transplantado cuando es infectado por el virus de la hepatitis C (Theise, y cols., 2000).

En conjunto, estos estudios demuestran que el potencial de las HSC para diferenciar a hepatocitos, puede aumentar en condiciones de estrés. Además, es interesante la observación de que la inyección directa de médula ósea o HSC, directamente al hígado, no genera la repoblación del hígado por hepatocitos dadores (Wang y cols., 2002). Sin embargo, el mecanismo y los factores que regulan el reclutamiento de HSC al hígado dañado y que generan el fenotipo hepático de estas células, se desconoce.

Se ha reportado que la quimioquina, factor derivado de célula estromal 1 (SDF-1), es el único quimioatractante de HSC, descrito tanto para humanos (Aiuti y cols., 1997) como para ratón (Wright y cols., 2002). La quimioquina SDF-1, es altamente expresada en varios tejidos durante el desarrollo y durante la edad adulta, incluyendo en las células del hígado y de la médula ósea, lo cual sugiere que estaría involucrada en procesos homeostáticos como la retención en la médula ósea y el tráfico de HSC y células progenitoras. Se ha reportado que el factor estimulador de colonia de granulocitos (G-CSF), utilizado ampliamente para transplantes clínicos, induce la movilización de HSC al disminuir la expresión de la quimioquina, SDF-1 en la médula ósea y aumentar su receptor

(CXCR4), mientras la expresión de ambos en la sangre no es afectada. Esto sugiere que la interacción SDF-1 y CXCR4, estaría involucrada en la liberación de HSC desde la médula ósea a la circulación (Petit y cols., 2002). La quimioquina SDF-1, es expresada

constitutivamente en el endotelio de la médula ósea y al parecer coopera, junto con la integrina α4β1 (antígeno tardío 4) y la integrina αLβ2 (LFA-1) en inducir la retención de los progenitores circulantes en el endotelio vascular (Peled y cols., 2000) El factor de crecimiento hepático, HGF, es una citoquina de origen mesenquimal la cual tiene una serie de actividades. Por ejemplo, es un potente mitógeno, morfo-órgano génico, angiogénico y presenta actividad anti apoptótica para una variedad de células, incluyendo los hepatocitos. Estos diversos efectos biológicos son mediados a través de la activación del receptor tirosina quinasa, c-Met. Cuando HGF se une al receptor, dos residuos de tirosina en el dominio C-terminal de c-Met, son fosforilados y luego varias proteínas adaptadoras y moléculas señalizadoras tales como, ERK (Tsukada y cols., 2001) p38 MAPK (Muller y cols., 2002) y AKT (Okano y cols., 2003) son activadas,

dependiendo el tipo celular. En un trabajo reciente se demostró que HGF, el cual aumenta luego de un daño al hígado, genera efectos en las HSC causando un incremento tanto en la expresión de CXCR4 (receptor de SDF-1) como en la migración mediada por SDF-1 de HSC al hígado. De esta manera, las señales inducidas por estrés, tales como el aumento en la expresión de la quimioquina SDF-1 y la citoquina HGF, reclutan a los progenitores CD34+ con potencial hematopoyético y hepático (HSC), al hígado dañado (Kollet y cols., 2003). Otro antecendente importante es la demostración de que la citoquina HGF, es un requerimiento crítico para la proliferación de SC (Suzuki y cols., 2002). Además, se ha

postulado que la interacción de HGF con su receptor, Met, es responsable de la maduración de hepatocitos en el hígado (Kamiya y cols., 2001) y de la división de hepatocitos maduros en la regeneración del hígado (Ishiki y cols., 1992). De esta manera y en consideración a los datos anteriormente expuestos, se propone la siguiente hipótesis.

HIPÓTESIS El factor de crecimiento de hepatocitos (HGF) estaría involucrado en la diferenciación de HSC a hepatocitos. De esta manera, HGF sería la señal circulante que genera el compromiso primario de las células troncales hematopoyéticas para diferenciarlas a hepatocitos. Una vez en el hígado, existirían factores que llevan ala maduración.

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