Studiul mecanismelor complexe implicate in regenerarea cardiaca

Studiul mecanismelor complexe implicate in regenerarea cardiaca

Pentru remedierea functiei cardiace terapia bazata pe celule este insuficient cunoscut. Au fost descrise multe teorii incluzand transdiferentierea, fuzionarea celulara si eliberarea de factori paracrini. Transdiferentierea si fuziunea celulara sunt mecanisme posibile pentru explicarea plasticitatii in terapia celulara.

In timpul transdiferentierii celulele stem diferentiate adopta caracteristicile altor tipuri celulare. Injectarea de celule stem hematopoetice la soareci cu infarct miocardic indus experimental duce la  formarea de miocite, celule endoteliale si celule musculare netede. Fuziunea celulara este un alt mecanism care descrie plasticitatea celulelor transplantate. Se poate constata inclusiv transferul materialului genetic de la celulele locale la cele transplantate (Arnoud C. F. si col., 2003)

Microflora locala are un rol critic pentru soarta celulelor ES transplantate. Dupa 2 saptamani de la cardiomioplastia celulara se poate observa abundenta celulelor in jurul zonei afectate. Factorii semnalizatori prezenti in mediul local si mecanismele ce subliniaza stabilirea celulelor transplantate in zona afectata nu sunt pe deplin cunoscute.

La impactul benefic al transplantului cu celule stem, poate interveni inclusiv stabilizarea mecanica a infarctului, efectele paracrine de crestere si supravietuire a miocardului nativ si stimularea neovasculoarizatiei.

1.1.1.     Factorii de crestere utilizati in diferentierea cardiaca

Proteinele osoase morfogenetice (BMP) sunt un grup al factorilor de crestere ai citochinelor, cunoscute pentru abilitatea lor de a induce formarea oaselor si cartilajelor. Initial au fost descoperite 7 astfel de proteine. Dintre acestea 6 (de la BMP2 pana la BMP7) apartinand familiei factorilor de crestere transformatori. De atunci, au mai fost descoperite inca 13 proteine, ajungand la un total de 20 factori de crestere.

BMP-urile interactioneaza cu receptori specifici ai suprafetei celulare. Semnalul tradus prin BMP-uri mobilizeaza familia SMAD de proteine. Caile semnalului ce implica BMP-urile, SMAD-urile si BMPR-urile sunt importante in dezvoltarea cordului, sistemului nervos central si cartilajelor, deasemenea si dezvoltarea post-natala a oaselor.

Ele au un rol important in dezvoltarea embrionara si in formarea incipienta a scheletului. Mutatiile BMP-urilor si a inhibitorilor lor sunt associate cu o serie de afectiuni osoase. Membrii familiei BMP-urilor au potential therapeutic in fuzionarea spinala (spina bifida). BMP2 si BMP7 sau aratat benefice in tratamentul osteopatiilor. S-a demonstrat recent ca BMP7 poate fi folosit in tratamentul bolilor cronice renale.

TGF (cateodata se face referire la ei ca factori de crestere tumorala) sunt folositi pentru a descrie doua clase de factori de crestere polipeptidici, TGFα si TGFβ

Numele de TGF e oarecum arbritar, deoarece cele doua clase nu se aseamana nici structural nici genetic si actioneaza prin cai receptoare diferite.

TGFα-e crescut in anumite cancere. E produs in macrofage, celule neuronale si cheratinocite, si induce dezvoltarea epiteliala.

TGFβ-e crescut in anumite cancere si joaca un rol crucial in regenerarea epiteliala, diferentierea celulara, dezvoltarea embrionara si reglarea sistemului imun.

Aceste proteine sunt caracterizate de capacitatea lor de a induce transformari oncologice intr-o cultura celulara specifica - fibroblaste renale de sobolan.

Adaugarea de TGF pe fibroblaste renale normale de sobolan induce proliferarea si dezvoltarea celulara, nemaiavand relevanta fata de inhibarea normala cauzata de contactul dintre celule.

IGF-urile sunt polipeptide similare insulinei. IGF-urile sunt parte dintr-un sistem complex pe care celulele il folosesc pentru a comunica cu mediul lor fiziologic. Acest sistem e compus din doi receptori de pe suprafata celulelor (IGF1R si IGF2R), doi liganzi (IGF-1 si IGF-2), o familie de 6 proteine de legatura cu afinitate crescuta fata de IGF (IGFBP1-6), ca de altfel si enzime de degradare associate IGFBP, per ansamblu sunt considerate protease. Aproape fiecare celula din corp e afectata de IGF, in special in muschi,cartilaje, oase,ficat, rinichi, nervi, piele si plamani. Poate de asemenea sa regleze cresterea si dezvoltarea celulara, in special al celulelor nervoase, ca de altfel si sinteza de ADN.

IGF-urile sunt cunoscute a se lega de receptorii IGF-1, receptorii insulinei, receptorii IGF-2, receptorul insulin-related si posibil alti receptori. Insulin-IGF joaca un rol important in imbatranire. Cand gena echivalenta IGF e scoasa din corpul nematozilor si al altor organisme, durata de viata a acestora creste. Studii recente demonstreaza rolul IGF-urilor in boli precum cancerul si diabetul. IGF-1 stimuleaza cresterea celulelor atat in cayul cancerului de prostata cat si in cazul cancerului de san.

1.1.2.     Reglarea diferentierii cardiace a celulelor stem embrionare

Rolul factorilor de transcriptie in reglarea celulelor stem pluripotente induse spre diferentiere pe linie cardiaca nu este pe deplin inteles. Se poate afirma ca factorul specific de transcriptie Nkx-2,5 joaca un rol foarte important in specificarea progenitorilor miocardici.

Factorul de transcriptie GATA4 a familiei zinc finger joaca joaca un rol important in dezvoltarea muschiului cardiac si poate si detectat in celulele progenitoare cardiace. Studii recente sugereaza ca diferentierea cardiomiocitara a celulelor necardiace BMSc sau a celulelor ES in sistem EB este asociata cu cresterea expresiei factorilor de transcriptie incluzand Csx/Nkx-2,5, MEF2C si GATA4,  sugerand rolul acestora in dezvoltarea cardiaca. Cresterea expresiei GATA4 la celulele ES si a nivelului BMP (bone morphogenic proteins), a fost observata deasemenea si in timpul diferentierii. DMSO induce cardiogeneza prin inhibarea expresiei genei GATA4 iar transfectarea celulelor cu gena Nkx-2,5 duce la cresterea capacitatii cardiogenice a celulelor ES transfectate.

Celulele ES umane exprima diferite antigene specifice de stadiu si factori de transcriptie incluzand Oct3/4. Distributia acestor antigene de suprafata si a factorilor de transcriptie este diferita la celulele ES umane comparativ cu cele murine.

Diferentierea include o scaderea expresiei factorului de transcriptie Oct3/4 cu aparitia de factori de transcriptie si markeri proteici noi, responsabili de expresia genica specifica a liniei obtinute. Pentru diferentierea cardiaca cresterea expresiei factorului de trancriptie Csx/Nkx-2,5 si GATA4 se traduce prin aparitia de celule pulsatile in sistemul EB (Reppel M., si col. 2004, Robert L., 2006).