Efecte de l’activitat de les vies de senyalització en la derivació de cèl·lules mare embrionàries de ratolí a partir de blastòmers aïllats

Abstract

La derivació de línies de cèl·lules mare embrionàries (ESC) requereix que la pluripotència que presenten els embrions es mantingui en el cultiu in vitro. L’estudi de les ESC permet conèixer els mecanismes necessaris pel manteniment de la pluripotència i els processos de diferenciació cel·lular i aplicar els coneixements obtinguts en el camp de la medicina regenerativa. Per això, durant les últimes dècades, s’ha estudiat el procés de derivació i manteniment d’ESC en espècies model, com ara el ratolí. Aquests estudis han permès determinar que l’èxit de la derivació de línies de ESC de ratolí (mESC) recau en les condicions de cultiu i les característiques inherents dels embrions utilitzats per a començar el procés de derivació. Tanmateix, com que la majoria d’estudis s’han realitzat en línies derivades a partir de blastocists no es coneix quina és la influència d’aquestes variables en la derivació de mESC a partir de blastòmers aïllats ni tampoc les característiques que presenten les línies establertes en aquestes condicions. Per això, l’objectiu d’aquesta tesi és estudiar la influència de les condicions de cultiu i les característiques de les cèl·lules establertes a partir de blastòmers aïllats. En un primer treball, es va estudiar la influència del fons genètic de la soca donadora d’embrions, els suplements del medi de cultiu (KSR i N2B27) i la presència del còctel 2i, que activa la senyalització de la via de Wnt i inhibeix la senyalització de la via de les MAPK, en la derivació de línies de mESC a partir de blastòmers aïllats i blastocists sencers, utilitzats com a control. En aquest estudi, es va observar que tan sols els blastòmers provinents d’embrions de soques permissives cultivats en un medi suplementat amb KSR i en presència del còctel 2i, permetien establir línies de mESC amb eficiències raonablement elevades, properes al 25%. A més a més, els resultats d’aquest estudi van determinar que els blastòmers tenen uns requeriments més elevats que els blastocists per tal de poder establir línies de mESC. Tenint en compte els resultats obtinguts, en un segon treball es va estudiar amb més profunditat l’efecte de les vies de Wnt i MAPK en la derivació de mESC a partir de blastòmers aïllats i les característiques de les línies tractades amb diferents moduladors d’aquestes vies. Els resultats d’aquest treball van apuntar que l’activació de la via de Wnt és determinant per a la derivació de línies de mESC a partir de blastòmers aïllats. A més a més, els resultats van mostrar que les eficiències de derivació augmenten quan es combinen parelles de moduladors, essent màximes en el tractament amb 2i. L’activació de la via de Wnt va fer que les cèl·lules presentessin característiques de l’estat de pluripotència naïve. En canvi, la inhibició de la via combinada amb altres moduladors, va comportar una reducció en l’activitat transcripcional de la via i va fer que les mESC presentessin característiques de l’estat de pluripotència primed. En conjunt, els resultats d’aquesta tesi posen de manifest que el fons genètic dels embrions, els suplements del medi i sobretot les vies de senyalització modulen l’eficiència de derivació i determinen les característiques que presenten les línies de mESC establertes a partir de blastòmers aïllats, i que aquestes variables afecten d’una manera diferent les línies que s’estableixen a partir de blastocists i blastòmers aïllats.

Embryonic stem cell (ESC) derivation requires that the pluripotency of the embryos is maintained under in vitro conditions. The fundamental studies on ESC reveal the mechanisms required to maintain ESC pluripotency and differentiation, which can be applied in regenerative medicine studies. Therefore, during the last decades the derivation process has been studied in several model organisms, such as the mouse. These studies have determined that mouse ESC (mESC) derivation depends on culture conditions and the intrinsic features of the embryos used to start the derivation process. Nevertheless, most mESC derivation studies have been performed with whole embryos, and little is known about the influence of these variables when mESC are derived from isolated blastomeres or the features of the lines established. In this scenario, the present thesis aims to study the influence of culture conditions and the features of mESC lines established from single isolated blastomeres. First, we assessed the influence of the genetic background of the mouse strains, the medium supplements (KSR and N2B27) and the presence of the 2i cocktail, which activates Wnt signaling pathway and inhibits MAPK pathway, in mESC derivation from single blastomeres and blastocysts, used as positive control. We found that only blastomeres isolated from embryos from permissive strains cultured in KSR-supplemented medium and 2i allowed moderately high derivation efficiencies (25%). In addition, blastomeres were found to have higher requirements than whole blastocysts to derive mESC lines. According to these results, second, we extensively analyzed the effect of Wnt and MAPK pathways in mESC derivation from isolated blastomeres and the features of mESC lines established under the different pathway modulations. We found that the activity of Wnt pathway was determinant to derive mESC lines from single blastomeres. Moreover, we found that derivation efficiencies increased when modulators were combined, achieving the best derivation rates with the 2i-treated blastomeres. Wnt activation resulted in cells displaying features of naïve pluripotency. Whereas Wnt inhibition, combined with other modulators, resulted in a reduction of transcription of Wnt-target genes and cells displaying features of primed pluripotency. All in all, our results reveal that embryo’s genetic background, medium supplements and, especially, signaling pathways determine the derivation efficiency and the features of the mESC lines established from isolated blastomeres, and that these variables differently affect mESC established from whole blastocysts and isolated blastomeres.