Sistemas de control de calidad celular durante la diferenciación de las células madre embrionarias P19 y progenitoras miogénicas C2C12

Zusammenfassung

Aunque el uso de células madre como terapia está en aumento, hoy en día siguen existiendo numerosas incógnitas que deben ser descifradas. Comprender los mecanismos celulares que son determinantes en la regulación de la supervivencia, determinación y diferenciación de las células madre, así como la posibilidad de reemplazar células afectadas por una enfermedad o envejecimiento supondrían una revolución de la medicina regenerativa. Por ello, en esta tesis doctoral hemos centrado nuestros estudios en comprender la relevancia de los mecanismos de control de calidad celular tanto para el mantenimiento de la troncalidad como para la diferenciación de células madre en distintos tipos de células madre murinas que presentan diferente potencialidad para la generación de distintos linajes celulares. Se utilizaron células madre embrionarias P19 como modelo experimental de células madre pluripotentes y células progenitoras miogénicas C2C12 como modelo de células madre multipotentes. En la primera parte de nuestro trabajo estudiamos los mecanismos de control de calidad celular para el mantenimiento, diferenciación y resistencia a la muerte celular de células madre P19 en su estado indiferenciado (P19-CM) y tras la diferenciación temprana utilizando ácido retinoico (P19-CD). Este trabajo reveló que la pluripotencialidad de las P19-CM se correlaciona con una elevada protección antioxidante, una desregulación de la maquinaria apoptótica y una mayor activación de los sistemas proteolíticos, manteniendo la homeostasis proteica y celular y aumentando el umbral para la activación de la muerte celular, lo que, contribuye a preservar la calidad de las células madre embrionarias. Por otra parte, la diferenciación de las P19-CM causó alteraciones en los parámetros implicados en la supervivencia celular y la homeostasis de las proteínas, incluido el sistema redox, la respuesta a proteínas mal plegadas, los sistemas lisosomal y de ubiquitina-proteasoma, y las vías de señalización que controlan el crecimiento celular. Además, nuestros hallazgos identifican roles críticos para la vía PI3K-AKT-MTOR, así como la regulación del flujo autofágico y la apoptosis en el mantenimiento de la pluripotencialidad y el potencial de diferenciación de las P19-CM. Posteriormente, estudiamos la importancia de los mecanismos de control de calidad celular en el mantenimiento y diferenciación de células madre adultas musculares senescentes y evaluamos el potencial terapéutico de la melatonina frente a las alteraciones celulares inducidas por la senescencia. Mediante el uso de células madre adultas C2C12, evaluamos los sistemas de control de calidad celular en mioblastos C2C12 jóvenes (C2C12-J), los cuales presentan menos de 65 ciclos de duplicación y en mioblastos C2C12 senescentes (C2C12-S), que exhibían senescencia al presentar más de 65 ciclos de duplicación, tras ser tratados con distintas concentraciones de melatonina (100 M, 1M y 1 nM) durante 72 horas y después de su diferenciación a miotubos. Este trabajo mostró que el tratamiento con melatonina a una concentración 1 nM regula los sistemas de control de calidad celular, al aumentar la respuesta a proteínas mal plegadas y la autofagia durante la diferenciación de mioblastos C2C12 senescentes. La acción de la melatonina sobre estos mecanismos repercutió determinantemente en la preservación de la calidad celular, al minimizar los daños celulares, aumentar la viabilidad celular y reducir la muerte celular. Nuestro trabajo también mostró que la regulación de los sistemas de control de calidad celular inducida por la melatonina permitió recuperar el programa miogénico perdido durante la senescencia. Cabe concluir que, la diferenciación de las células P19 y C2C12 depende del correcto funcionamiento y mantenimiento de los sistemas de control de calidad celular. Y que la capacidad de la melatonina de reprogramar estas vías celulares supone un gran hallazgo y crea un nuevo desafío futuro en la medicina regenerativa.