CÉLULAS MADRE ESPERMATOGONIALES EN EL CONTEXTO DEL NICHO

1. CÉLULAS MADRE ESPERMATOGONIALES EN EL CONTEXTO DEL NICHO Al-Asmar Piñar, Nasser; Herrero Zapata, Javier; Iniesta Mirón, Ignacio Liñán Tegedor, Alberto; Reyes Palomares, Arturo; Vallejo Ortega, Jorge

2. Índice • Concepto Stem Cell y Nicho • Nicho de SSCs y sus componentes • El nicho como diana terapéutica • Modelización computacional • Conclusiones

3. Multiplicación Diferenciación Quiescencia y autorenovación Concepto SSC Las células madre son células indiferenciadas con los siguientes comportamientos: • Autorenovación (división simétrica) • Diferenciación (división asimétrica) • Quiescencia • Apoptosis o migración Olive y Cuzin, 2005

4. El nicho de las células madre es el compartimento anatómico que suministra señales a las mismas controlando su autorenovación, tasa de proliferación y destino (linaje celular). El nicho de las SSCs Ogawa, 2008

5. El nicho de las SSCs Componentes del nicho de las SSCs SSCs Células de Sertoli Membrana basal Vasculatura Factores solubles Shetty et al, 2007

6. El nicho de las SSCs Células de Sertoli GDNF ERM SCF mantenimiento diferenciación Hess et al, 2006

7. Aplicaciones de las SSCs Preservación de la fertilidad Terapia genética transgeneracional Generación de células pluripotentes Brinster, 2007

8. Transplante de SSCs Éxito  Cuando SSCs viajan desde el lumen hasta membrana basal (Homing). Opción terapéutica  Autotransplante para preservación de la fertilidad. 4ºsemana 12º semana McLean, 2005

9. Transplante de SSCs Dificultades para la aplicación clínica: Bajo porcentaje SSCs Protocolos crioconservación (experimental) Riesgo de reinfección con células cancerosas No se conocen marcadores específicos SSCs humanas Daños por quimio/radioterapia en los nichos Estrés físico y psicológico debido a intervenciones adicionales

10. El NICHO: vasculatura La distribución SSCs más indiferenciadas, coincide con el patrón vascular. Nicho: restrictivo / proliferativo ¿Quién llama a quien? vasculatura llama a las SSCs o al revés. Yoshida et al, 2007

11. El NICHO y la edad Factor de la edad en el trasplante de SSCs • El resultado depende de la edad del receptor. • Receptores pup reanudaron espermatogénesis y tuvieron descendencia, pero no los adultos. • Se piensa que es debido al efecto de las células de Sertoli sobre las SSCs. Shinohara et al, 2001

12. El NICHO: las células de Sertoli • Células de Sertoli se multiplican aumentando su número hasta prepubertad • Cuando mantienen su nº constante para el resto de la vida • Cada cel. de Sertoli es el nicho de un nº determinado de SSCs • Si existen pocas cel. de Sertoli  pocas SSCs • Pocas SSCs  Azoospermia u Oligozoospermia • Posible solución  transplante de células de Sertoli

13. Sl; sin SCF, ligando receptor c-kit (células de Sertoli) • W; sin receptor c-kit (célula germinal) 2 tipos de ratones infertiles • Transplante de células de Sertoli de W (donante) dentro de Sl (receptor) espermatogénesis en 54% testículos, producción de espermátidas elongadas • Con espermátidas, se hizo ICSI El NICHO como diana terapéutica Kanatsu-Shinohara et al, 2005

14. Un marco teórico para empezar ¿Por qué? Para facilitar el planteamiento de hipótesis por las que explicar y asociar una gran cantidad de los fenómenos observados en el comportamiento de las SCs. Permite lanzar predicciones que ayudan directamente a sacar conclusiones de la investigación o anticipar las consecuencias de manipular el sistema de estudio. Puede aplicarse a los distintos nichos de los tejidos, facilitándose la identificación de similitudes entre los principios de construcción. MODELOS

15. Células madre como terapia ¿Qué hace falta? Conocimiento, respecto a: Número Respuesta y comportamiento Diferenciación hacia un linaje o tipo celular

16. Células madre como terapia ¿Qué hace falta? ¿PROBLEMAS? ¿Contextualizar esta complejidad? Difícil identificar SSCs 1 recorrido  1 linaje NICHO Son muchas SSCs interactuando Tendencia clásica “aleatorio” Difícil predecir Simplificación conceptual factores intrínsecos determinan destino celular. Dificultad para controlar PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE

17. Otro punto de vista

18. UN LENGUAJE ESTANDAR  Reproducibilidad In vivo In vitro IN silico

19. Nicho entidad de estudio El nicho se ha configurado en un contexto evolutivo, adaptándose hasta establecerse la interacción entre las células que lo conforman. ¿Qué hace falta? DESARROLLAR MODELOS IDENTIFICAR EL NICHO Establecer CONEXIONES entre ELEMENTOS del NICHO

20. Requisitos de un modelo Un modelo debe ser coherente con la definición conceptual de célula madre en el contexto del nicho: - Población fluctuante de células autoorganizadas - Entidades dinámicas y ubicadas en el espacio. - “COMPLETO”  la proliferación, diferenciación celular y mantenimiento del nicho en si mismo. -LOS MODELOS DEBEN SER ROBUSTOS HOMEOSTASIS INTACTA IN VIVO VARIACIONESDE LA SITUACIÓN NORMAL IN VIVO VARIACIONES QUE REQUIERA LA CONDICIÓN IN VITRO Mayor VERSATILIDAD CONDICIONES EXPERIMENTALES

21. Potencial de autorenovación LA CLAVE ESTÁ EN EL NICHO Pérdida gradual e irreversible del potencial de autorenovación. No autorenovación de las células diferenciadas

22. Diferenciación Coexpresión antagónica (diferenciación/indiferenciación) Dominancia factores específicos de linaje celular Ngn 3 Sohlh 1 Sohlh 1 FaCtoreSeXterNos ”Proceso competencia”

23. Dinámica celular e intracelular (Integración de conceptos) AMBIENTE PROGRESIVO (Paredes túbulos seminíferos) AMBIENTE RESTRICTIVO (Intersticios)

24. Ejemplos AUTOMATAS CELULARES ESPACIO DE FASES

25. CONCLUSIONES • La ausencia de marcadores específicos moleculares para las SSCs dificulta la detección y aislamiento de estas células. • Se han descrito algunos componentes del nicho de las SSCs como las células de Sertoli, la membrana basal del túbulo seminífero, las células mioides peritubulares y las señales externas, que influyen en el comportamiento de las SSCs. • Los estudios realizados en ratón demuestran que el transplante de SSCs es un tratamiento eficaz para restaurar la fertilidad. Harían falta más estudios para poder aplicar esta técnica en preservación de la fertilidad en humanos.

26. CONCLUSIONES • El nicho de las SSCs puede ser usado como diana terapéutica. La esterilidad pueden ser corregida por transplante de células de Sertoli. • El concepto clásico de SC aislada y estática se ha quedado obsoleto. Es necesario un contexto sistémico y dinámico, como el nicho, para entender su comportamiento. • Los modelos computacionales pueden ayudar al estudio de las SCs en el contexo del nicho. Facilitan el planteamiento de hipótesis, predicen o anticipan las consecuencias de manipular el sistema de estudio y permiten identificar un principio común en la construcción de los distintos nichos.

27. G R A C I A S CÉLULAS MADRE ESPERMATOGONIALES EN EL CONTEXTO DEL NICHO