De meer dan 200 verschillende soorten menselijke cellen hebben hetzelfde DNA, maar brengen verschillende ensembles van genen tot expressie. Elk celtype is afgeleid van embryonale stamcellen, die pluripotente stamcellen worden genoemd omdat ze kunnen differentiëren naar al die verschillende celbestemmingen.

Een zeer actief gebied van de biologie zijn cellen die deze embryonale stamcellen nabootsen, cellen die geïnduceerde pluripotente stamcellen worden genoemd, of iPSC's. Met genetische en biochemische trucs, onderzoekers kunnen een gedifferentieerde cel, zoals een huidfibroblast, omkeren in een pluripotente staat.

Dergelijke iPSC's hebben het potentieel om weefsel te creëren voor regeneratieve geneeskunde, zoals het herstellen van hartaanvallen, modellen van ziekten bij de mens maken of cellen maken die screening op geneesmiddelen mogelijk maken. Maar toekomstige vooruitgang met iPSC's vereist een veel beter begrip van de basisbiologie van pluripotentie en differentiatie.

"Voor het doel om stamcellen in therapie te gebruiken, de belangrijkste stap is differentiatie van iPSC's, " zei Rui Zhao, doctoraat, een assistent-professor biochemie en moleculaire genetica aan de Universiteit van Alabama in Birmingham. "We moeten de iPSC's met hoge efficiëntie en hoge zuiverheid kunnen differentiëren tot een ziekterelevant celtype."

In een studie gepubliceerd in Stamcelrapporten , Zhao en collega's hebben een lang onbeantwoorde basisvraag over stamcellen gedeeltelijk opgelost:waarom kunnen pluripotente stamcellen die mutaties hebben om de productie van microRNA's te blokkeren, niet differentiëren?

Zhao en collega's, waaronder co-corresponderende auteur Kitai Kim, doctoraat, van het Sloan Kettering Instituut, hebben een sleutel gevonden waarmee die microRNA-deficiënte pluripotente stamcellen kunnen differentiëren tot neurale cellen, inclusief subtypes met markers voor dopaminerge, glutamaterge en GABAerge neuronen.

"Voor vele jaren, we wisten niet waarom deze cellen niet differentiëren, "Zei Zhao. Het antwoord voor neurale celdifferentiatie in de microRNA-deficiënte cellen bleek eenvoudig te zijn:een enkel microRNA of een enkel eiwit.

In de Stamcelrapporten studie, Zhao en collega's laten zien dat een microRNA-302-nabootsing - geleverd door een speciaal geconstrueerd lentivirus - voldoende was om neurale differentiatie mogelijk te maken van embryonale stamcellen van muizen die Dgcr8 misten, een essentieel gen voor de verwerking van de meer dan 2, 000 microRNA's in cellen.

Toen ze genexpressieprofielen in de gedifferentieerde cellen onderzochten, ze zagen veranderingen in veel genensets gereguleerd door p53, ook bekend als tumorsuppressor p53. Deze tumoronderdrukker wordt "de bewaker van het genoom" genoemd vanwege zijn vele rollen bij het voorkomen van DNA-schade en kanker.

Zhao, Kim en collega's toonden aan dat microRNA-302 werkte om p53-expressie in de microRNA-deficiënte embryonale stamcellen te verminderen door te binden aan het 3'-niet-vertaalde gebied van p53-mRNA.

Ze toonden verder aan dat directe remming van p53 met het apenvirus groot T-antigeen of kort haarspeld-RNA, of zelfs het p53-gen zelf verwijderen, lieten embryonale stamcellen of iPSC's toe om door te gaan met neurale differentiatie zonder dat microRNA-302 nodig was. Dus, de differentiatiebarrière die de specificatie van de neuronale afstamming van microRNA-deficiënte stamcellen verhindert, is de expressie van p53.

De sleutels om de paden van cellen naar andere celafstammingsspecificaties van microRNA-deficiënte embryonale stam te ontgrendelen, zijn nog onbekend, Zegt Zhao.