La sobreexpresión de SOX2 y KDM4A en células de la pulpa dental humana induce la generación de células con características neurales

  • Valeria Ulíbarri Viniegra Universidad Autónoma de Yucatán
  • Leydi Maribel Carrillo Cocom Facultad de Ingeniería Química, Universidad Autónoma de Yucatán, Periférico Norte, Kilómetro 33.5. Mérida, Yucatán, CP 97302.
  • Geovanny Irán Nic Can Laboratorio Traslacional de Células Troncales de Origen Bucal, Facultad de Odontología, Universidad Autónoma de Yucatán, Calle 61A x 90 y 92. Mérida, Yucatán, CP 97000. CONACYT-Facultad de Ingeniería Química, Universidad Autónoma de Yucatán. Periférico Norte Kilómetro 33.5. Mérida, Yucatán, CP 97302.
  • Beatriz Adriana Rodas Junco Laboratorio Traslacional de Células Troncales de Origen Bucal, Facultad de Odontología, Universidad Autónoma de Yucatán, Calle 61A x 90 y 92. Mérida, Yucatán, CP 97000. CONACYT-Facultad de Ingeniería Química, Universidad Autónoma de Yucatán. Periférico Norte Kilómetro 33.5. Mérida, Yucatán, CP 97302.
Palabras clave: Células troncales de pulpa dental, Células progenitoras neurales, KDM4A, Reprogramación celular, SOX2.

Resumen

A pesar de que las células troncales derivadas de la pulpa dental (CTPD) constituyen una fuente prometedora para la desdiferenciación celular debido a sus características mesenquimales, propiedades inmunomoduladoras y su perfil de expresión de genes asociados a la pluripotencia incluyendo OCT4, NANOG, SOX2, KLF4 y c-MYC, la eficiencia de reprogramación es extremadamente baja. En ese aspecto, en el presente trabajo se evaluó la sobreexpresión de los genes SOX2 y/o KDM4A, un gen asociado a la pluripotencia celular y una desmetilasa de la lisina 9 de la histona H3 respectivamente, en CTPD en un medio de desdiferenciación celular (TeSR™-E7™) durante 30 días. Se demostró que la sobreexpresión (OE) de los genes SOX2 y KDM4A induce cambios en los patrones de expresión de los genes asociados a la pluripotencia (OCT4, NANOG, KLF4 y c-MYC). Adicionalmente, se observó que a partir del día 11 de cultivo, la OE de los genes indujeron cambios morfológicos asociados a la transición mesenquimal-epitelial. Al día 30, la reprogramación transcripcional inducida por ambos factores parece promover la formación de células progenitoras neurales (CPN) al presentar polaridad morfológica y extensiones de la superficie celular y el citoplasma. Los análisis moleculares indican que únicamente la coexpresión de SOX2 y KDM4A facilitan la expresión de SOX1, SOX2 y NES, marcadores claves de CPN. Los resultados obtenidos sugieren que los eventos de remodelación de la cromatina podrían facilitar el ambiente del desarrollo neural en las CTPD.

Citas

Bannister, A.J. y Kouzarides, T. (2011). Regulation of chromatin by histone modifications, Cell Research, 21, 381–395. doi:10.1038/cr.2011.22.
Bouzas, S.O. et al. (2016). Epigenetic activation of Sox2 gene in the developing vertebrate neural plate, Molecular Biology of the Cell, 27(12), 1921. doi:10.1091/MBC.E16-01-0042.
Bueno, C., Martínez-Morga, M. y Martínez, S. (2019). Non-proliferative neurogenesis in human periodontal ligament stem cells, Scientific Reports, 9(1), 1–17. doi:10.1038/s41598-019-54745-3.
Choi, C. Il et al. (2013). Neural induction with neurogenin 1 enhances the therapeutic potential of mesenchymal stem cells in an amyotrophic lateral sclerosis mouse model, Cell Transplantation, 22(5), 855–870. doi:10.3727/096368912X637019.
Dey, D. et al. (2021). Hypoxia induces early neurogenesis in human fetal neural stem cells by activating the WNT pathway, bioRxiv [Preprint]. doi:10.1101/2021.07.14.452315.
Fedorova, V. et al. (2019). Differentiation of neural rosettes from human pluripotent stem cells in vitro is sequentially regulated on a molecular level and accomplished by the mechanism reminiscent of secondary neurulation, Stem Cell Research, 40, 101563. doi:10.1016/J.SCR.2019.101563.
Friman, E.T. et al. (2019). Dynamic regulation of chromatin accessibility by pluripotency transcription factors across the cell cycle, eLife, 8. doi:10.7554/ELIFE.50087.
Kim, S.-S. et al. (2008). Neural induction with neurogenin1 increases the therapeutic effects of mesenchymal stem cells in the ischemic brain, Stem cells (Dayton, Ohio), 26(9), 2217–2228. doi:10.1634/STEMCELLS.2008-0108.
Lee, S.-H. et al. (2010). Dynamic methylation and expression of Oct4 in early neural stem cells, Journal of Anatomy, 217, 203–2013. doi:10.1111/j.1469-7580.2010.01269.x.
Li, B. et al. (2021). Dental-Derived Mesenchymal Stem Cells: State of the Art, Frontiers in Cell and Developmental Biology, 0, 1310. doi:10.3389/FCELL.2021.654559.
Livak, K.J. y Schmittgen, T.D. (2001). Analysis of Relative Gene Expression Data Using Real-Time Quantitative PCR and the 2−ΔΔCT Method, Methods, 25(4), 402–408. doi:10.1006/METH.2001.1262.
Luo, L. et al. (2018). Potential Roles of Dental Pulp Stem Cells in Neural Regeneration and Repair, Stem Cells International, 2018. doi:10.1155/2018/1731289.
Ordog, T. et al. (2012). Epigenetics and chromatin dynamics: a review and a paradigm for functional disorders, Neurogastroenterology and motility : the official journal of the European Gastrointestinal Motility Society, 24(12), 1054. doi:10.1111/NMO.12031.
Papp, B. y Plath, K. (2013). Epigenetics of reprogramming to induced pluripotency, Cell, 152(6), 1324. doi:10.1016/J.CELL.2013.02.043.
Pei, D. et al. (2019). Mesenchymal–epithelial transition in development and reprogramming, Nature Cell Biology 2019 21:1, 21(1), 44–53. doi:10.1038/s41556-018-0195-z.
Pérez Argueta, E. (2020) “Caracterización de la respuesta adipogénica de células troncales derivadas del ligamento periodontal y la pulpa dental”. Tesis de licenciatura, Universidad Autónoma de Yucatán, Yucatán, México.
Pisal, R. V. et al. (2018). Directed reprogramming of comprehensively characterized dental pulp stem cells extracted from natal tooth, Scientific Reports, 8(1), 1–13. doi:10.1038/s41598-018-24421-z.
Poetsch, M.S., Strano, A. y Guan, K. (2022). Human Induced Pluripotent Stem Cells: From Cell Origin, Genomic Stability, and Epigenetic Memory to Translational Medicine, Stem Cells, 40(6), 546–555. doi:10.1093/STMCLS/SXAC020.
Rodas-Junco, B.A. et al. (2017). Stem Cells from Dental Pulp: What Epigenetics Can Do with Your Tooth, Frontiers in Physiology, 8(DEC), 999. doi:10.3389/FPHYS.2017.00999.
Soda, M. et al. (2019). Repeated human deciduous tooth-derived dental pulp cell reprogramming factor transfection yields multipotent intermediate cells with enhanced iPS cell formation capability, Scientific Reports, 9(1), 1–13. doi:10.1038/s41598-018-37291-2.
Thomson, M. et al. (2011). Pluripotency circuit members mediate germ layer fate choice of embryonic stem cells, Cell, 145(6), 875. doi:10.1016/J.CELL.2011.05.017.
Wakamatsu, Y. y Uchikawa, M. (2021). The many faces of Sox2 function in neural crest development, Development, Growth & Differentiation, 63(1), 93–99. doi:10.1111/DGD.12705.
Wang, C. et al. (2018). Reprogramming of H3K9me3-dependent heterochromatin during mammalian embryo development. Nature cell biology, 20(5), 620–631. https://doi.org/10.1038/s41556-018-0093-4.
Yan, X. et al. (2010). iPS cells reprogrammed from human mesenchymal-like Stem/Progenitor cells of dental Tissue Origin, Stem Cells and Development, 19(4), 469–480. doi:10.1089/scd.2009.0314.
Yin, X. et al. (2013). Development of neural stem cells at different sites of fetus brain of different gestational age, International Journal of Clinical and Experimental Pathology, 6(12), 2757. Disponible en: /pmc/articles/PMC3843256/ (Consultado: el 15 de noviembre de 2022).
Young, N.L. y Dere, R. (2021). Mechanistic insights into KDM4A driven genomic instability, Biochemical Society Transactions, 49(1), 93. doi:10.1042/BST20191219.
Yu, J. et al. (2010). Differentiation potential of STRO-1+ dental pulp stem cells changes during cell passaging, BMC Cell Biology, 11, 32. doi:10.1186/1471-2121-11-32.
Zhang, S. et al. (2019). OCT4 and PAX6 determine the dual function of SOX2 in human ESCs as a key pluripotent or neural factor, Stem Cell Research and Therapy, 10(1). doi:10.1186/S13287-019-1228-7/FIGURES/6.
Zhang, S. y Cui, W. (2014). Sox2, a key factor in the regulation of pluripotency and neural differentiation, World Journal of Stem Cells, 6(3), 305. doi:10.4252/WJSC.V6.I3.305.
Zhou, T. et al. (2011). Generation of Induced Pluripotent Stem Cells from Urine, Journal of the American Society of Nephrology : JASN, 22(7), 1221. doi:10.1681/ASN.2011010106.
Publicado
2023-08-24
Sección
Artículos de Investigación