Mecanismos de memoria y herencia molecular en redes de señalización y regulación génica de células madre pluripotentes.

Abstract

Esta tesis consiste en el estudio del ciclo celular de células madre pluripotentes (CMP) en diferenciación y los mecanismos moleculares que pueden almacenar memoria de un estímulo externo. Pretende mostrar cómo existen factores hereditarios que determinan el ciclo, y estudiar los mecanismos de herencia y memoria molecular dentro de las redes de regulación génica. Se divide en 3 capítulos. El primero aborda el estudio del ciclo celular y sus fases durante el proceso de diferenciación temprana en las CMP de embrión de ratón. Estas células fueron genéticamente modificadas para fluorescer en dos colores marcando las fases del ciclo, y ser filmadas por microscopía de time-lapse. Los análisis incluyen medidas del ciclo celular a nivel de célula única, construcción de dendrogramas de linajes celulares y el diseño y aplicación de algoritmos para probar si las relaciones familiares determinan la duración del ciclo celular. El resultado principal es que, durante la diferenciación, el ciclo se acorta y las células proliferan a mayor velocidad. Además, la duración del ciclo de una célula está determinada por las células progenitoras, probando que existen factores parentales que controlan la tasa de proliferación. Sin embargo, una de las dificultades a la hora de encontrar cuáles son estos factores, encontrar candidatos y compararlos es, por un lado, la falta de cuantificadores de memoria almacenada en las redes de regulación génica y, por otro, la falta de un catálogo de mecanismos moleculares capaces de almacenar memoria. El segundo capítulo, por su parte, consiste en el desarrollo de un cuantificador matemático de la memoria molecular en redes complejas, aplicado principalmente a vías de señalización celular y redes de regulación génica, que guardan información de estímulos transitorios. Una vez definido el cuantificador, se utilizó para buscar mecanismos o motifs de 1, 2 y 3 nodos que fueran capaces de almacenar información de estos estímulos. Los resultados principales consisten en que los ciclos de retroalimentación positiva son esenciales para dar multiestabilidad y memoria a las redes. Además, las redes capaces de oscilar de manera autónoma también pueden guardar información en la fase de la oscilación. El tercer y último capítulo consiste en una serie de experimentos en las mismas células que se utilizaron en el primer capítulo. El objetivo es detectar la existencia de mecanismos capaces de almacenar memoria. Para esto, tratamos a las células con un estímulo de diferenciación transitorio y luego aplicamos el cuantificador desarrollado en el segundo capítulo. El resultado es que, luego de solo un día expuestas al estímulo de diferenciación, las células lo recuerdan y continúan con el proceso de diferenciación. Asimismo, es probable que esta memoria se deba a la existencia de alguna retroalimentación positiva entre los factores de transcripción marcadores de la pluripotencia.