B: Cellule nervose
In biologia cellulare, pluripotenza (Lat. pluripotentia, “capacità di molti”) si riferisce a una cellula staminale che ha il potenziale di differenziarsi in uno qualsiasi dei tre strati germinali: endoderma (rivestimento interno dello stomaco, tratto gastrointestinale, i polmoni), mesoderma (muscoli, ossa, sangue, urogenitali), o ectoderma (tessuti epidermici e sistema nervoso), ma non in tessuti extra-embrionali come la placenta. Tuttavia, la pluripotenza cellulare è un continuum, che va dalla cellula completamente pluripotente che può formare ogni cellula dell’embrione vero e proprio, ad esempio, le cellule staminali embrionali e le iPSC (vedi sotto), alla cellula incompletamente o parzialmente pluripotente che può formare cellule di tutti e tre gli strati germinali ma che può non presentare tutte le caratteristiche delle cellule completamente pluripotenti.
Pluripotenza indottaModifica
Le cellule staminali pluripotenti indotte, comunemente abbreviate come cellule iPS o iPSC, sono un tipo di cellule staminali pluripotenti derivate artificialmente da una cellula non pluripotente, in genere una cellula somatica adulta, inducendo un’espressione “forzata” di certi geni e fattori di trascrizione. Questi fattori di trascrizione giocano un ruolo chiave nel determinare lo stato di queste cellule ed evidenzia anche il fatto che queste cellule somatiche conservano le stesse informazioni genetiche delle prime cellule embrionali. La capacità di indurre le cellule in uno stato pluripotente è stata inizialmente sperimentata nel 2006 utilizzando fibroblasti di topo e quattro fattori di trascrizione, Oct4, Sox2, Klf4 e c-Myc; questa tecnica, chiamata riprogrammazione, è valsa a Shinya Yamanaka e John Gurdon il premio Nobel per la fisiologia o la medicina. Questo è stato poi seguito nel 2007 dall’induzione con successo di iPSC umane derivate da fibroblasti dermici umani usando metodi simili a quelli usati per l’induzione di cellule di topo. Queste cellule indotte presentano caratteristiche simili a quelle delle cellule staminali embrionali (ESC), ma non richiedono l’uso di embrioni. Alcune delle somiglianze tra le ESC e le iPSC includono la pluripotenza, la morfologia, la capacità di auto-rinnovamento, un tratto che implica che possono dividersi e replicarsi indefinitamente, e l’espressione genica.
Si pensa anche che i fattori epigenetici siano coinvolti nella riprogrammazione effettiva delle cellule somatiche per indurre la pluripotenza. È stato teorizzato che alcuni fattori epigenetici potrebbero effettivamente lavorare per cancellare i segni epigenetici somatici originali al fine di acquisire i nuovi segni epigenetici che fanno parte del raggiungimento di uno stato pluripotente. La cromatina viene anche riorganizzata nelle iPSC e diventa come quella che si trova nelle CSE, in quanto è meno condensata e quindi più accessibile. Anche le modifiche dell’eucromatina sono comuni, il che è anche coerente con lo stato dell’eucromatina trovato nelle CSE.
A causa della loro grande somiglianza con le CSE, le iPSC sono state di grande interesse per la comunità medica e di ricerca. Le iPSC potrebbero potenzialmente avere le stesse implicazioni e applicazioni terapeutiche delle CSE, ma senza l’uso controverso di embrioni nel processo, un argomento di grande dibattito bioetico. Infatti, la pluripotenza indotta di cellule somatiche in cellule iPS indifferenziate è stata inizialmente salutata come la fine del controverso uso delle cellule staminali embrionali. Tuttavia, le iPSC sono state trovate potenzialmente tumorali e, nonostante i progressi, non sono mai state approvate per la ricerca clinica negli Stati Uniti. Inoltre, è stato determinato che l’espressione somatica di fattori di trascrizione combinati può indurre direttamente altri destini cellulari somatici definiti (transdifferenziazione); i ricercatori hanno identificato tre fattori di trascrizione specifici per il neural-lineage che potrebbero convertire direttamente i fibroblasti di topo (cellule della pelle) in neuroni pienamente funzionali. Questo risultato sfida la natura terminale della differenziazione cellulare e l’integrità dell’impegno di lignaggio; e implica che con gli strumenti appropriati, tutte le cellule sono totipotenti e possono formare tutti i tipi di tessuto.
Alcuni dei possibili usi medici e terapeutici delle iPSC derivate dai pazienti includono il loro uso nei trapianti di cellule e tessuti senza il rischio di rigetto che si incontra comunemente. Le iPSC possono potenzialmente sostituire i modelli animali inadatti e i modelli in vitro utilizzati per la ricerca sulle malattie.
Stati di pluripotenza ingenua vs. primed
Risultati recenti riguardo agli epiblasti prima e dopo l’impianto hanno prodotto proposte per classificare la pluripotenza in due fasi distinte: “naive” e “primed”. Le cellule staminali di base comunemente usate nella scienza e denominate cellule staminali embrionali (ESC) sono derivate da un epiblasto pre-impianto; tale epiblasto è in grado di generare l’intero feto, e una cellula dell’epiblasto è in grado di contribuire a tutti i lignaggi cellulari se iniettata in un’altra blastocisti. D’altra parte, diverse differenze marcate possono essere osservate tra gli epiblasti pre- e post-impianto, come la loro differenza nella morfologia, in cui l’epiblasto dopo l’impianto cambia la sua morfologia in una forma a coppa chiamata “cilindro dell’uovo” così come l’alterazione cromosomica in cui uno dei cromosomi X sotto inattivazione casuale nella fase iniziale del cilindro dell’uovo, noto come X-inattivazione. Durante questo sviluppo, le cellule dell’epiblasto del cilindro dell’uovo sono sistematicamente bersagliate da fattori di crescita dei fibroblasti, dalla segnalazione Wnt e da altri fattori induttivi attraverso il sacco vitellino circostante e il tessuto del trofoblasto, in modo da diventare istruttivamente specifiche secondo l’organizzazione spaziale.
Un’altra differenza importante che è stata osservata, rispetto alla potenza delle cellule, è che le cellule staminali dell’epiblasto post-impianto non sono in grado di contribuire alle chimere blastocistiche, il che le distingue da altre cellule staminali pluripotenti conosciute. Le linee cellulari derivate da tali epiblasti post-impianto sono indicate come cellule staminali derivate dall’epiblasto che sono state derivate per la prima volta in laboratorio nel 2007; nonostante la loro nomenclatura, sia le ESC che le EpiSC derivano dagli epiblasti, solo in fasi diverse dello sviluppo, e la pluripotenza è ancora intatta nell’epiblasto post-impianto, come dimostrato dall’espressione conservata di Nanog, Fut4 e Oct-4 nelle EpiSC, fino alla somitogenesi e può essere invertita a metà attraverso l’espressione indotta di Oct-4.