Aptamero del DNA-Immagine Credit Public Domain-
La generazione di linee cellulari specifiche da cellule staminali pluripotenti indotte e cellule staminali embrionali, è il Santo Graal della medicina rigenerativa. Guidare le iPSC verso una linea cellulare bersaglio ha raccolto molta attenzione, ma il processo rimane impegnativo. Ora, ricercatori giapponesi hanno scoperto che un aptamero del DNA anti-nucleolina, iSN04, può determinare la linea di sangue di una cellula durante la differenziazione.
Gli aptameri sono acidi nucleici aventi la proprietà di legarsi ad una molecola o ad una proteina.
“Dimostrando la generazione di cardiomiociti da cellule staminali pluripotenti murine, il loro concetto si dimostra promettente come terapia rigenerativa“, spiegano gli autori.
Autorinnovamento e pluripotenza – la capacità di formare qualsiasi linea cellulare – sono caratteristiche intrinseche delle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC). Inoltre, queste cellule sono molto apprezzate nelle terapie rigenerative mirate alle malattie cardiovascolari, neurologiche e metaboliche poiché sono immunologicamente adatte per il trapianto. Sfortunatamente, la medicina rigenerativa non è ancora praticabile al di fuori del contesto di laboratorio poiché i protocolli disponibili per generare cellule bersaglio sono complicati e costosi. Ciò solleva una domanda pertinente: “è possibile rendere più economica la regolamentazione del destino delle cellule staminali in contesti clinici e su larga scala?”.
Un team di ricercatori dell’Università di Shinshu, dell’Istituto nazionale di scienza e tecnologia industriale avanzata e dell’Università di Shizuoka in Giappone ha deciso di affrontare questa domanda sfruttando gli aptameri degli acidi nucleici. Gli aptameri sono pezzi di DNA a filamento singolo che si legano alle proteine bersaglio e sono in grado di modulare le cascate di segnalazione durante la differenziazione cellulare quando una cellula staminale si impegna a svolgere uno specifico ruolo funzionale o fenotipo. Sono promettenti nella medicina rigenerativa poiché sono facilmente modificabili, possono essere sintetizzati in modo economico e sono adatti per la conservazione a lungo termine.
Il team, guidato dal Professore associato Tomohide Takaya del Dipartimento di scienze agrarie e della vita dell’Università di Shinshu, ha recentemente scoperto che un aptamero anti-nucleolina, l’oligodeossinucleotide miogenetico iSN04, ha indotto la differenziazione miocardica nelle cellule staminali embrionali (ESC). Lo studio è stato condotto da Mina Ishioka, una studentessa del laboratorio del Dr. Takaya e pubblicato sull’International Journal of Molecular Sciences il 21 settembre 2023.
“Avevamo precedentemente scoperto che iSN04 promuoveva la differenziazione delle cellule precursori miogeniche (mioblasti) in cellule muscolari scheletriche e avevamo ipotizzato che l’aptamero migliorasse anche la differenziazione delle cellule staminali pluripotenti. Eravamo incuriositi dalla prospettiva di utilizzare iSN04 per promuovere la differenziazione delle iPSC in cardiomiociti e come questo potrebbe portare alla rigenerazione del tessuto cardiaco”, afferma il Dottor Takaya, spiegando la motivazione del team nel portare avanti la ricerca.
Utilizzando vari test come il sequenziamento dell’RNA, la colorazione e l’imaging cellulare, nonché l’interazione molecolare e l’analisi dei percorsi, i ricercatori hanno studiato l’effetto di iSN04 sugli ESC e iPSC murini. Il trattamento con iSN04 in condizioni differenzianti ha inibito l’impegno delle cellule staminali nel lignaggio cardiaco. Tuttavia, quando queste cellule staminali pluripotenti sono state trattate dopo aver sperimentato condizioni di differenziazione per cinque giorni, specifici geni marcatori sono stati sovraregolati e le cellule si sono impegnate a formare cardiomiociti battenti.
“Il nostro è il primo rapporto a confermare che un aptamero del DNA consente ai cardiomiociti di svilupparsi dalle iPSC”, spiega il Dottor Takaya quando gli viene chiesto del significato del lavoro. ” Abbiamo scoperto due meccanismi di interferenza della nucleolina con iSN04 in gioco per cui il trattamento precoce inibisce la cardiomiogenesi, mentre il trattamento in una fase successiva migliora la generazione di progenitori cardiaci. In primo luogo, iSN04 governa la traslocazione della proteina nucleolina tra il citoplasma, la membrana plasmatica e il nucleo. In secondo luogo, determina la modulazione della via di segnalazione Wnt che governa la differenziazione cellulare”.
Gli esperimenti di immunocolorazione hanno rivelato che la nucleolina veniva trattenuta nei nucleoli dopo il trattamento con iSN04. La nucleolina nucleolare ha un ruolo nel rimodellamento della cromatina e nella trascrizione genica e, cosa abbastanza interessante, i geni del percorso Wnt sono stati espressi in modo differenziale nei dati RNA-seq dopo la soppressione di iSN04. Il team postula che la nucleolina ancorata a iSN04 alteri l’espressione genica e la segnalazione Wnt. In definitiva, la differenziazione delle cellule terminali si impegna nella linea dei cardiomiociti.
E in che modo questi risultati potrebbero avere un impatto sulla medicina rigenerativa e sulla vita dei pazienti a lungo termine?
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Il Dottor Takaya fornisce approfondimenti sulle implicazioni più ampie del loro lavoro. “Crediamo che ci siano valide ragioni per ulteriori studi che valutino gli aptameri del DNA nella medicina rigenerativa. Gli aptameri sono economicamente vantaggiosi e aprono la possibilità di produrre cellule specifiche dalle cellule staminali del paziente. Ma non finisce qui! Dal momento che gli aptameri possono regolare il destino delle cellule staminali, possono servire come agenti terapeutici per molte condizioni legate alla disfunzione delle cellule staminali“, conclude.
