El gen de mitofagia Bnip3lb controla el destino de las células madre embrionarias y potencia los progenitores sanguíneos de iPSC

Las células madre y progenitoras hematopoyéticas embrionarias (HSPCs, por sus siglas en inglés) pueden proliferar extensamente conservando todo su potencial eritro-mieloide y linfoide, una propiedad de la que carecen en gran medida las HSCs adultas y que ha frustrado décadas de esfuerzos de expansión ex vivo. Este estudio publicado en Nature Communications por North y colaboradores identifica el interruptor molecular responsable: una mitofagia programada en el desarrollo, mediada por receptor e impulsada por la proteína Bnip3lb del pez cebra (el ortólogo del mamífero BNIP3L/NIX), una vía que no utilizan las HSCs adultas de la médula ósea.

Mediante secuenciación de RNA unicelular (scRNAseq) de embriones de pez cebra, el equipo identificó con precisión una explosión de transcripción de bnip3lb específicamente durante la transición endotelial a hematopoyética (EHT, por sus siglas en inglés) — el proceso de alto consumo energético por el cual el endotelio hemogénico de la aorta dorsal ventral (VDA) da origen a las HSPCs. La obtención de imágenes en tiempo real de una línea transgénica de pez cebra con reportero de mitofagia confirmó que el flujo de mitofagia aumenta a medida que las HSPCs nacientes brotan de la VDA y colonizan el tejido hematopoyético caudal (CHT), el equivalente en pez cebra del hígado fetal. Este patrón temporal era distinto de la mitofagia mediada por daño vía PINK1-Parkin que gobierna las HSCs adultas.

El núcleo mecanístico del estudio se apoyó en un modelo bifásico de ROS. Los ROS elevados — rastreados mediante fluorescencia de CellROX y citometría de flujo de embriones reporteros CD41:EGFP — son necesarios y suficientes para especificar HSPCs en la VDA a las 36 hpf, promoviendo la expresión de runx1 y cmyb. Sin embargo, los ROS sostenidos en el CHT a las 72 hpf redujeron drásticamente esos mismos marcadores. El silenciamiento mediante morfolino de prdx1 (que eleva los ROS) aumentó runx1/cmyb en la VDA, pero redujo significativamente las HSPCs en el CHT, mientras que el tratamiento con el antioxidante NAC mostró el patrón opuesto: redujo la especificación en la VDA pero expandió las HSPCs en el CHT. El efecto rescatador del antioxidante fue confirmado por citometría de flujo, que mostró un aumento estadísticamente significativo en el número de HSPCs CD41lo bajo tratamiento con NAC.

El silenciamiento de bnip3lb en sí mismos reprodujo el fenotipo de exceso de ROS: el número de HSPCs en el CHT disminuyó significativamente, acompañado de una mayor diferenciación con sesgo mieloide y marcadores elevados de apoptosis. De manera crítica, el co-tratamiento con NAC rescató la pérdida de HSPCs en los morfantes de bnip3lb, situando a la mitofagia como regulador causal por encima de los ROS. A la inversa, la sobreexpresión genética o la inducción química de la mitofagia — mediante el precursor de NAD+ nicotinamida ribósido (NR), reconocido por la FDA, y otros activadores de mitofagia — expandió significativamente el número de HSPCs embrionarias y progenitores linfoides in vivo. El tratamiento con NR también mejoró la función ex vivo de HSPCs humanas derivadas de iPSCs, medida por una mayor capacidad de replaqueo en serie de unidades formadoras de colonias hematopoyéticas (CFU), un sustituto riguroso de la multipotencia y la autorrenovación.

Para la medicina regenerativa y la ciencia de la longevidad, estos hallazgos tienen varias implicaciones. La identificación de un programa de mitofagia mediado por receptor y específico del desarrollo separa la biología de las HSCs embrionarias de las adultas, y sugiere que recapitular este programa podría ser el ingrediente faltante en los protocolos para generar HSCs trasplantables a partir de iPSCs. El NR, ya ampliamente utilizado en la práctica clínica como suplemento, emerge como candidato activador de la mitofagia para expandir progenitores hematopoyéticos. De manera más amplia, el estudio refuerza que el control preciso de la calidad mitocondrial — y no simplemente la supresión de ROS — es un determinante fundamental del destino de las células madre, con implicaciones que se extienden al envejecimiento, donde se cree que el declive de la mitofagia contribuye al envejecimiento hematopoyético y a la hematopoyesis clonal.