Revista de química física y biofísica
Acceso abierto

abstracto

Un papel para la señalización de protones en la inducción de células somáticas a células madre embrionarias pluripotentes

Etsuro Ito, Wen-Li Hsu y Tohru Yoshioka

Los mecanismos del establecimiento de células madre embrionarias (ES) y la fertilización de óvulos se han estudiado sin examinar las interacciones de estos tipos de células, tal vez porque de la falta de consideración de las similitudes entre las células ES y los óvulos fertilizados, especialmente la falta de señalización de calcio. Aquí unificamos los diversos conceptos desarrollados por separado de manera grasa en células ES y óvulos fecundados, aunque ambos tipos de células tienen el mismo destino (es decir, convertirse en células somáticas). Discutimos el concepto de cambios en las propiedades del agua en el citoplasma que ocurren junto con el ciclo celular, que se introdujo inicialmente en el campo de la biofísica. Con este aspecto, las similitudes y diferencias entre las células ES y los óvulos fertilizados son comprensibles, y los cambios en las propiedades del agua ayudan a explicar por qué las células ES pueden tener pluripotencia, como lo hacen los óvulos fertilizados, luego de un estímulo de novo como el tratamiento con ácido. Obokata et al. descubrieron recientemente un atajo para generar células madre pluripotentes que llamaron “adquisición de pluripotencia desencadenada por estímulo (STAP)” células de células somáticas en la estimulación transitoria de bajo pH [1]. Este informe ha tenido un impacto significativo en muchos biólogos y médicos del desarrollo, porque el tratamiento de pH bajo parecía una manera inesperadamente fácil de cambiar las células somáticas a células madre embrionarias (ES) pluripotentes [2].

Sin embargo, este método no es tan sorprendente para los biofísicos, porque se ha encontrado que varios tipos de estrés celular inducen la activación del huevo asociada con un aumento transitorio de Ca2+, como el cambio en el pH citoplasmático causado por la aplicación de NH4Cl y/o CO2, o incluso pinchazos mecánicos con una aguja [3]. En 2002, Burdon et al. informaron que las células del epiblasto, que tienen pluripotencia, se obtuvieron de un cultivo prolongado de células ES [4]. Las células ES tienen un ciclo celular inusual en el que se reduce la fase G1 que opera en otros tipos de células [5]. Tales características de las células ES están asociadas con las características desreguladas de la proliferación de células tumorales. A diferencia de este tipo de células, un óvulo fertilizado también inicia su propio ciclo celular con oscilaciones de Ca2+ [6]. Esta oscilación de Ca2+ se puede explicar mediante un modelo de uno o dos depósitos de calcio con la retroalimentación positiva del aumento de Ca2+ y de inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) durante la fase ascendente de cada aumento de Ca2+. Por lo tanto, es razonable especular que el ciclo celular es el cronometrador de la oscilación de Ca2+ en las células ES cultivadas in vitro y los ritmos circadianos de calcio en las células somáticas del cuerpo, que también se encontró que están asociados con una frecuencia lenta de oscilación de Ca2+. , con 1 ciclo/día [7].

Los cambios de propiedad del estado del agua en la celda son otro tema crítico. Mantré describieron que el estado del agua en las células somáticas en el cuerpo tiene agua ligada ordenada y estructurada (como el hielo), mientras que las células ES y las células cancerosas tienen agua libre (normal) en las fases G1 y G2 [8]. Solo los protones, no otros iones, pueden moverse en la superficie del agua ligada, mientras que en el agua libre todos los tipos de iones (incluidos los protones) pueden moverse por difusión. En este artículo de revisión, describimos las diferencias entre las células somáticas y las células ES con respecto a la señalización de protones, que regula la oscilación de Ca2+ y el cambio en las propiedades del agua asociadas con el ciclo celular. La señalización de protones juega un papel fundamental en la reprogramación nuclear a la etapa pluripotente.