El papel de los metabolitos en la modificación de las células madre pluripotentes
Nuestras células tienen una identidad específica: de alguna manera saben lo que son, y nunca lo «olvidan». Nuestras neuronas nunca se convierten en células cutáneas o glóbulos sanguíneos, de alguna manera saben que son neuronas y nunca cambian de identidad. Las modificaciones químicas indican a las células lo que no pueden ser y actúan como «vallas moleculares» que una célula no puede cruzar. Este proceso implica la modificación represiva de la cromatina, una mezcla de ADN y proteínas que forman los cromosomas de las células humanas y de otros organismos. «Comprender cómo se añaden y eliminan esas modificaciones es fundamental; nos dice cómo las células saben, y recuerdan, lo que son», afirma Graziano Martello, investigador principal del proyecto MetEpiStem, que llevó a cabo en la Universidad de Padua (Italia). Martello se centró en las células madre pluripotentes (CMP), que tienen la fascinante capacidad de convertirse en cualquier tipo de célula del organismo. «Estas tienen modificaciones poco represivas, por lo que pueden convertirse en lo que quieran. Se trata de un estado celular peculiar, y comprender cómo se consigue es fundamental y fascinante», añade Martello. El equipo del proyecto, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se propuso determinar cómo se regula el metabolismo en las CMP y si esto es importante para su biología.
La relación entre la alimentación y la modificación epigenética
Recientemente se ha puesto de manifiesto que el metabolismo y las modificaciones epigenéticas pueden dialogar entre sí. «En realidad, la presencia de nutrientes específicos en el medio ambiente, o en nuestra alimentación, puede influir en la modificación epigenética y, a la larga, en el comportamiento de la célula», señala Martello. El equipo del proyecto tenía como objetivo comprender si metabolitos específicos pueden cambiar la cromatina de las CMP, lo que confiere en última instancia a las CMP su peculiar potencial de diferenciación. «Esto es importante porque cuando queremos generar CMP o diferenciarlas, tenemos que darles los nutrientes adecuados. ¿Y si no conseguimos diferenciar las CMP en, por ejemplo, neuronas buenas simplemente porque falta un aminoácido específico en su “alimentación”?», pregunta Martello.
Medición de todos los metabolitos dentro de la célula, y su uso
Las nuevas herramientas están en manos de investigadores como Martello, que las ha aprovechado al máximo. La aplicación de la metabolómica, y de la metabolómica de flujos, se ha hecho más habitual en los últimos diez años. Estas técnicas miden todos los metabolitos dentro de la célula, o cómo la célula utiliza un metabolito específico. «En nuestro estudio, por ejemplo, vimos que un aminoácido específico, llamado glutamina, es utilizado por las CMP para mantener los bajos niveles de modificaciones epigenéticas que he mencionado», explica Martello. El proyecto también supuso un avance metodológico adicional: el uso de técnicas computacionales para simular el metabolismo de la célula. Como señala Martello: «Podemos tomar los datos metabolómicos y preguntar al ordenador qué reacciones químicas están activas en la célula. Esto puede revelar más del metabolismo de la célula, lo que da a los investigadores una versión virtual del metabolismo celular, que puede ser interrogado».
Identificación de un metabolito que afecta al perfil epigenético de las CMP
El equipo de Martello identificó un metabolito específico, cuyos niveles afectan al perfil epigenético de las CMP. «Simplemente añadiendo o eliminando dicho metabolito del medio utilizado para cultivar las CMP, podemos observar cambios drásticos en el perfil epigenético de las células». Los resultados se recogen en «Nature Genetics». «Ver un efecto tan potente y diseccionar el mecanismo molecular que lo controla fue extremadamente satisfactorio, y estoy seguro de que tendrá implicaciones para futuras investigaciones más allá del campo de las CMP», afirma Martello.
Palabras clave
MetEpiStem, modificación epigenética, metabolitos, CMP, células, célula madre pluripotente, alimentación
