Pista de osteoporosis encontrada en proteína de señalización de células madre

Comprender cómo una proteína de señalización bien conocida influye en si las células madre de la médula ósea se convierten en hueso o grasa podría transformar la visión de los científicos de la osteoporosis y conducir a nuevos tratamientos para la enfermedad de adelgazamiento óseo.
Estas son las implicaciones de un nuevo estudio dirigido por la Harvard Medical School (HMS) que se publicó en línea en The Journal of Clinical Investigation el 13 de agosto.
El autor principal, Bjorn Olsen, profesor de Biología Celular de Hersey en HMS, dijo a la prensa lo que encontraron:
"Cambia el pensamiento sobre qué controla la diferenciación de las células madre a las células óseas en lugar de las células grasas, y cómo asegurarse de que este mecanismo se mantenga activo con el envejecimiento".
El hueso no es un material muerto: es un tejido vivo que está cambiando todo el tiempo, ya que se forma continuamente y se reabsorbe.

La osteoporosis es una enfermedad ósea común en la que el tejido óseo se vuelve progresivamente más delgado, lo que aumenta el riesgo de fracturas. Afecta a aproximadamente 1 de cada 5 mujeres estadounidenses y se cree que es causada por células madre que normalmente se diferencian en células formadoras de hueso y se convierten en células grasas en lugar de hacerlo a lo largo del tiempo.
Para el estudio, Olsen, quien es profesor de biología del desarrollo y decano de investigación en la Facultad de Medicina Dental de Harvard, y sus colegas, decidieron investigar el papel del factor de crecimiento endotelial vascular o VEGF, una proteína de señalización común que desempeña un papel clave en el desarrollo de vasos sanguíneos que son importantes en el crecimiento óseo temprano y el mantenimiento del esqueleto en los mamíferos. La proteína funciona activando los receptores en la superficie de las células.

Ratones genéticamente diseñados que carecen de VEGF

Como primer paso, los investigadores manipularon genéticamente ratones de laboratorio que carecían de la capacidad de producir VEGF en sus células madre de la médula ósea.
Poco después de nacer, los esqueletos de los ratones comenzaron a mostrar cualidades similares a la osteoporosis, como la reducción del tejido óseo y la acumulación de grasa en la médula ósea.
Cuando los investigadores aislaron células madre de los ratones y las cultivaron en cultivo, descubrieron que era más probable que se diferenciaran en células grasas que en células formadoras de hueso u osteoblastos.

Para verificar que era la ausencia de VEGF la que estaba produciendo este efecto, los investigadores inhabilitaron el VEGF en las células madre de ratones de tipo salvaje. Usaron un método conocido como interferencia de ARN para hacer esto.
El resultado fue similar a los ratones modificados genéticamente que carecían de la capacidad de producir VEGF, lo que confirma que la proteína era necesaria para que las células madre se diferenciaran normalmente en células formadoras de hueso.

Solo funciona VEGF producido dentro de las células madre

Sin embargo, no estaba claro de qué manera el VEGF afectaba el proceso de diferenciación de las células madre. ¿Bastaría simplemente con bañar las células en el VEGF que no estaban secretando para estimular la diferenciación normal en células formadoras de hueso?
Pero cuando agregaron la proteína VEGF a las células en el cultivo de células madre de los ratones modificados genéticamente, los investigadores descubrieron que no restablecía la diferenciación normal.
Entonces, quizás no es tener el VEGF que importa, sino el hecho de que está hecho dentro de las células madre.
Para probar esto, los investigadores volvieron a introducir el código genético que faltaba para producir la proteína en los núcleos de las células en el cultivo celular (lo hicieron insertando un virus que contenía el fragmento de código que faltaba).

Funcionó: una vez que las células madre cultivadas recibieron el código genético faltante para producir VEGF, comenzaron a producir proteína VEGF y a diferenciarse en células formadoras de hueso en proporciones similares a las de las células normales.
Esto sugiere que la capacidad de las células madre de la médula ósea para diferenciarse en células formadoras de hueso necesita VEGF que se produce dentro de las células.
Los investigadores confirmaron estos resultados bastante inesperados con experimentos bioquímicos y de control adicionales.
A partir de nuevos experimentos, también establecieron que el VEGF controla las moléculas que son importantes para la formación ósea y la diferenciación de las células grasas, y también regula una proteína en los núcleos celulares que se cree que desempeña un papel en el envejecimiento prematuro.

¿Qué sigue?

Olsen y su equipo ahora desean obtener más información sobre las vías de señalización de VEGF en las células madre de la médula ósea, e identificar objetivos para las drogas.
Él le dijo a la prensa si podían entender mejor los mecanismos de señalización y descubrir qué partes de ellos tenían como objetivo aumentar la producción de VEGF dentro de las células, entonces tal vez eso abriría rutas potenciales para nuevas terapias para la osteoporosis.
Las subvenciones y los fondos de los NIH de una beca Dean's de la Facultad de Medicina Dental de Harvard ayudaron a pagar el estudio.
Escrito por Catharine Paddock PhD