Role of notch and wnt signaling in metabolic and epigenetic reprogramming of human dental pulp stem cells (DPSCs)

Abstract

Las Células Stem de Pulpa Dental (DPSCs; en inglés) son células madre extraídas de la pulpa dental de terceros molares de pacientes. Presentan unas propiedades que las convierte en un recurso especialmente interesante para la terapia celular, además de un gran potencial de diferenciación a distintos tipos de linajes y tejidos incluido hueso, cartílago, músculo y tejido adiposo. Este tipo de células madre son fáciles de obtener de pacientes, cultivar en forma de cultivo primario y amplificar gracias a su alta tasa de renovación. También presentan propiedades inmunosupresoras y buena tolerancia a los biomateriales, lo que las hace especialmente atractivas para su uso en clínica (ANEXO 1).Las vías de señalización Notch y Wnt/ß-Catenina son cruciales en el mantenimiento y la diferenciación de diferentes tipos de células madre y su conocimiento sería indispensable paraconocer qué procesos gobiernan estos acontecimientos. El uso de proteínas recombinantes para la modulación de estas vías a diferentes tiempos y concentraciones podría ayudar en el control sobre el mantenimiento de estas poblaciones, sin que ello suponga una alteración definitiva o errores en el DNA, como ocurre con otras metodologías. Además, la modulación en la troncalidad viene acompañada de una remodelación del metabolismo y de la epigenética necesaria para garantizar la eficiencia de la reprogramación. El estudio de todos estos cambios fisiológicos en las DPSCs podría ser necesario para asegurar una terapia celular efectiva, precisa y segura (ANEXO 2).Las vías de señalización Notch y Wntß-Catenina tienen un papel importante en el mantenimiento y diferenciación de las poblaciones de células madre. En el caso de las DPSCs las vías Notch y Wntß-Catenina, conjuntamente, son indispensables en la expresión de marcadores de pluripotencia (Oct4, Nanog, Sox2, cMyc, Lin28, Rex1, Stella y Ssea1) y en el mantenimiento de la proliferación de células madre. Además, los tratamientos previos con BIO y WNT-3A mejoraron la eficiencia de dos protocolos de diferenciación de DPSCs a adipocitos y a osteocitos, respectivamente (ANEXO 3).La manipulación experimental de las vías de señalización Notch y Wnt-ßCatenina en DPSCs desencadena una remodelación del metabolismo. En la inhibición de la vía Notch, los cambios a nivel molecular se traducen en una ralentización del metabolismo a nivel glucolítico y lipídico. Por el contrario, en la activación de Wnt/ß-Catenina, se produce una aceleración del metabolismo glucolítico, una hiperactividad mitocondrial y una mayor formación de lípidos en forma de gotas lipídicas. Los efectos observados en condiciones de activación Wnt, se corresponden con una remodelación del metabolismo que podría estar directamente ligada con el aumento de la troncalidad que tiene lugar de manera simultánea en las DPSCs (ANEXO 3).A nivel epigenético, también se produce una remodelación en las DPSCs en condiciones de tratamiento activador de Wnt/ß-Catenina. Los niveles de metilación de DNA son menores con los activadores de Wnt/ß-Catenina, especialmente tras la exposición con la proteína recombinante WNT-3A. Por otro lado, el patrón de acetilación de histonas H3 y de metilación de histonas (H3K27me, H3K4me3 y H3K9me3), es mayor en condiciones de sobreactivación de Wnt. En cuanto a las condiciones de inactivación de Notch, no se observaron cambios a nivel epigenético. Los cambios epigenéticos se encuentran muy ligados a los cambios en el metabolismo y están directamente afectados por una remodelación previa del metabolismo que repercute en la epigenética, y son necesarios para sobrepasar la barrera epigenética y poder conseguir así una reprogramación más efectiva (ANEXO 4).En conclusión, las vías de señalización Notch y Wnt/ß-Catenina, son dos vías se señalización indispensables para la expresión de factores pluripotentes, la proliferación, la remodelación del metabolismo y remodelación epigenética, indispensables para garantizar una reprogramación efectiva. La reprogramación parcial controlada de estas células podría utilizarse para la mejora de protocolos de diferenciación existentes en cuanto a rapidez y efectividad de obtención de poblaciones celulares concretas y además diseñar nuevos protocolos no contemplados por complejidad.