Modulação da biogênese mitocondrial e do metabolismo bioenergético durante a diferenciação in vitro e in vivo de células-tronco embrionárias humanas e células-tronco pluripotentes induzidas (iPS)

A reprogramação de células somáticas em células-tronco pluripotentes induzidas (iPS) transforma células diferenciadas em um estado semelhante ao de células-tronco embrionárias (ES), caracterizado pela aquisição de pluripotência e capacidades de autorrenovação. Nós recentemente demonstramos que as células ES e iPS humanas compartilham propriedades mitocondriais e metabolismo bioenergético semelhantes, que são distintos dos fibroblastos. Neste estudo, aplicamos uma abordagem global de perfil de transcriptoma para comparar a assinatura transcricional relacionada às mitocôndrias após a perda de autorrenovação e pluripotência em células ES e iPS humanas. Isso foi alcançado induzindo a diferenciação espontânea in vitro e in vivo. As células ES e iPS mostraram um grau semelhante de correlação tanto no estado indediferenciado quanto em todos os estágios da diferenciação analisados, sugerindo que suas semelhanças transcricionais são mantidas durante a diferenciação. Além disso, uma indução comparável de transcritos envolvidos na transição de epitelial a mesenquimal foi observada em ambos os tipos celulares. A análise de transcritos nucleares relacionados às mitocôndrias revelou regulação consensual de genes envolvidos na biogênese mitocondrial e metabolismo bioenergético durante a diferenciação in vitro de células ES e iPS humanas, enquanto diferenças específicas foram identificadas nas células diferenciadas in vivo. Mudanças significativas não foram detectadas para genes relacionados a antioxidantes. Finalmente, formulamos uma "hipótese do estado metabólico" ligando o estado mitocondrial e o metabolismo celular ao estágio de diferenciação. No geral, nossos dados revelam diferenças e semelhanças entre células ES e iPS humanas durante a diferenciação espontânea e sugerem que o estudo do remodelamento mitocondrial e metabólico pode revelar mecanismos chave subjacentes à aquisição, manutenção e saída de um estado pluripotente autorrenovável.