María José Barrero i el seu grup al CMRB, format per un tècnic, un estudiant de doctorat i un investigador postdoctoral, investiguen el començament mateix de tots els processos, la cèl·lula pluripotent. Segueixen un enfocament epigenètic per caracteritzar el primer canvi que les cèl·lules mare embrionàries (ES) realitzen en el seu camí cap a la diferenciació.
Havent participat en molts projectes de col·laboració relacionats amb la trans- i desdiferenciació de diferents tipus cel·lulars, anteriorment Barrero s’havia centrat també en enzims modificadors de la cromatina i les histones durant la transcripció. Des de 2007 treballa al CMRB i utilitza les cèl·lules mare d'embrions humans com a sistema model, però les seves preguntes generals, Com els gens s'activen o es silencien transcripcionalment? o Com es regula això?, continuen sent les mateixes.
En contrast amb les cèl·lules de l'organisme adult, les cèl·lules ES conserven la capacitat per activar l'expressió de llinatges específics de gens en resposta als estímuls, de manera que són pluripotents. Aquesta plasticitat es troba en un entorn únic de la cromatina, que es caracteritza per uns determinats patrons de modificació d'histones, anomenats dominis bivalents. La científica explica que «tot i que aquestes marques bivalents són fidelment transmeses a través de la divisió cel·lular durant l'auto-renovació de cèl·lules, no es poden considerar com quelcom estàtic sinó com el resultat d'un equilibri molt dinàmic que està controlat per l'equilibri d'enzims modificadors d'histones. Identificar i caracteritzar aquests enzims i la seva funció específica són els objectius de recerca del grup de Barrero.
A més, afegeix que «els dominis bivalents tendeixen a estar al mateix temps metilats en el residu K4 de la histona H3 que condueix a l’activació, mentre que la metilació dels residus K27 a la histona H3 condueix a una repressió de la transcripció. Tot i que aquestes marques de metilació d'histones s'han analitzat amb gran detall en les cèl·lules embrionàries humanes, poc se sap sobre les activitats enzimàtiques implicades en el manteniment i la resolució d'aquestes marques. A partir d’aquest coneixement, el grup de Barrero preveu que un conjunt complex de histona lisina metiltransferases i desmetilases estan involucrades en la posada a punt de les marques de metilació en els dominis bivalents. Per identificar aquests enzims i els seus objectius utilitzen arrays i l’anàlisi de xip a xip. «Necessitem un bon suport bioinformàtic", diu Barrero, en referència a la unitat de bioinformàtica del CMRB. Ells van aconseguir identificar alguns enzims candidats que no poden ser esmentats aquí ja que aquestes dades encara no estan publicades i són altament confidencials.
Per comprendre el mecanisme d'acció dels seus enzims candidats, són afegits o trets en un sistema de cultiu cel·lular de cèl·lules mare embrionàries humanes. D'aquesta manera, es pot analitzar si la manipulació d'un enzim específic influeix en una modificació determinada i per tant canvia el comportament de les cèl·lules ES. La distribució quantitativa de les cèl·lules que es diferencien en una de les tres capes de l'endoderma, l’ectoderma o el mesoderma s'analitza mitjançant anàlisi de FACS, arrays i tincions d'immunofluorescència utilitzant marcadors específics per a cada capa. Aquestes dades mostren que les modificacions específiques presents en els gens clau donen direcció a un llinatge o un altre i expliquen alguns dels passos que converteixen una cèl·lula pluripotent en una cèl·lula filla més determinada.
We try to understand the very first switch
Maria José Barrero and her group at the CMRB, consisting of a technician, a PhD student and a Postoctoral fellow, investigate the very beginning of all processes, the pluripotent cell. They use an epigenetic approach to characterise the first switch that human embryonic stem cells (ES) undergo on their differentiation path.
Having participated in many collaborative projects related to trans- and dedifferentiation of different cell types, Barrero has previously also focused on chromatin and histone modifying enzymes in transcription. Since 2007 she has worked at the CMRB using the human embryonic stem cells as a model system but her general questions like `How do genes become transcriptionally activated or silenced and how is this regulated?´ remain the same.
In contrast to cells of the adult organism, ES cells retain the capacity to activate the expression of lineage specific genes in response to stimuli, and are thus pluripotent. This plasticity lies in a unique chromatin environment, characterised by particular histone modification patterns, so-called bivalent domains. The scientist explains that `even though these bivalent marks are faithfully transmitted through cell division in self-renewing cells, they cannot be regarded as static but the result of a highly dynamic equilibrium which is controlled by the balance of histone modifying enzymes´. The identification and characterisation of these enzymes and their specific function are the research targets of Barrero´s group.
She further adds that `bivalent domains tend to be simultaneously methylated at the K4 residue of Histone H3 leading to an activation, while methylation of the K27 residue in histone H3 leads to a repression of transcription. Even though such histone methylation marks have been analysed in great detail in human ES cells, little is known about the enzymatic activities involved in the maintenance and resolution of these marks. Based on this knowledge, Barrero’s group anticipates that a complex set of histone lysine methyltransferases and demethylases are involved in the fine tuning of the methylation marks at the bivalent domains. To identify such enzymes and their targets they use Arrays and chip-on-chip analysis. `We need good bioinformatic support´ Barrero says, referring to the bioinformatics unit at the CMRB who managed to identify some candidate enzymes which can´t be mentioned here since these data are not yet published and highly confidential.
In order to understand the mechanism of action of their candidate enzymes, they add or remove them in a cell culture system of human ES cells. By doing so, they can analyze whether the manipulation of a specific enzyme influences a determined modification and therefore changes the behaviour of the ES cells. The quantitative distribution of cells that differentiate into one of the three layers, endoderm, ectoderm or mesoderm, is analysed by FACS analysis, arrays and immunofluorescent stainings using specific markers for each layer. These data show that specific modifications present in key genes give direction to one or another lineage and explain some of the steps that turn a pluripotent cell into a more determined daughter cell.
Furthermore the recruitment of these enzymes to specific transcription start sites of developmental genes is studied, in an effort to understand the molecular basis of pluripotency. Since this is a complex system, their bioinformatic analysis integrates further information in order to find connections between their enzymes and other relevant factors that have been published.
|
Ajuts i beques
Gestió de sessions
Tornar
