Inhibidores del ciclo celular en las células madre normales y tumorales

Tao Cheng 1

1 Departamento de Oncología de Radiación de la Universidad de Pittsburgh School of Medicine y la Universidad de Pittsburgh Cancer Institute, Pittsburgh, PA 15213, EE.UU.

Correspondencia: T Cheng, Hillman Cancer Center, Pabellón de Investigación, Office 2.42e, 5117 Center Avenue, Pittsburgh, PA 15213-1863, EE.UU.. E-mail: chengt@msx.upmc.edu

Abstracto

Emerging data suggest that stem cells may be one of the key elements in normal tissue regeneration and cancer development, although they are not necessarily the same entity in both scenarios. Datos recientes sugieren que las células madre pueden ser uno de los elementos clave en la regeneración del tejido normal y el desarrollo del cáncer, aunque no son necesariamente la misma persona en ambos escenarios. As extensively demonstrated in the hematopoietic system, stem cell repopulation is hierarchically organized and is intrinsically limited by the intracellular cell cycle inhibitors. Como se ha demostrado ampliamente en el sistema hematopoyético, la repoblación de células madre está jerárquicamente organizado y está intrínsecamente limitada por los inhibidores del ciclo celular intracelulares. Their inhibitory effects appear to be highly associated with the differentiation stage in stem/progenitor pools. Sus efectos inhibidores parecen estar altamente asociada con la etapa de diferenciación en piscinas madre / progenitoras. While this negative regulation is important for maintaining homeostasis, especially at the stem cell level under physiological cues or pathological insults, it constrains the therapeutic use of adult stem cells in vitro and restricts endogenous tissue repair after injury. Mientras que esta regulación negativa es importante para mantener la homeostasis, especialmente en el nivel de células madre bajo las señales fisiológicas o patológicas insultos, que limita el uso terapéutico de las células madre adultas in vitro y restringe la reparación de tejido endógeno después de la lesión. On the other hand, disruption of cell cycle inhibition may contribute to the formation of the so-called 'tumor stem cells' (TSCs) that are currently hypothesized to be partially responsible for tumorigenesis and recurrence of cancer after conventional therapies. Por otro lado, la interrupción de la inhibición del ciclo celular puede contribuir a la formación de las 'células madre tumorales' llamado (TSC) que se asume por hipótesis actualmente a ser parcialmente responsable de la tumorigénesis y la recurrencia de cáncer después de las terapias convencionales. Therefore, understanding how cell cycle inhibitors control stem cells may offer new strategies not only for therapeutic manipulations of normal stem cells but also for novel therapies selectively targeting TSCs. Por lo tanto, la comprensión de cómo los teléfonos inhibidores de células madre de control del ciclo pueden ofrecer nuevas estrategias no sólo para las manipulaciones terapéuticas de las células madre normales, sino también para nuevas terapias dirigidas selectivamente TSC.

Keywords: Palabras clave:

adult stem cell, hematopoietic stem cell, tumor stem cell, tissue regeneration, self-renewal, cell cycle, cyclin-dependent kinase inhibitor, p21, p27, p18, p16, Rb protein células madre adultas, células madre hematopoyéticas, células madre del tumor, la regeneración de tejidos, auto-renovación, ciclo celular, dependiente de ciclina inhibidor de la quinasa, p21, p27, p18, p16, proteína Rb

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Introduction Introducción

The therapeutic efficacy of stem cells largely relies on their ability to replicate. La eficacia terapéutica de las células madre se basa en gran medida en su capacidad para replicar. Therefore, strategies to manipulate stem cells require an understanding of their cell cycle control. Por lo tanto, las estrategias para manipular células troncales requieren de una comprensión de su control del ciclo celular. In this review, the distinct cell cycle kinetics of adult stem cells will be introduced and briefly followed by the current understanding of general cell cycle regulation in mammalian cells. En esta revisión, la cinética del ciclo celular distintas de células madre adultas se introducirán y seguido brevemente por la comprensión actual de la regulación del ciclo celular en general en las células de mamíferos. The focus will be placed on the specific impact of the cell cycle inhibitors, namely the roles of cyclin-dependent kinase inhibitors (CKIs) on adult stem/progenitor cells. El énfasis será puesto en el impacto específico de los inhibidores del ciclo celular, es decir, los roles de los inhibidores de quinasas dependientes de ciclinas (CKI) sobre las células madre / progenitoras adultas. While many stem cell types have been or are being defined, the hematopoietic stem cell (HSC) remains one of the best-studied stem cell types and therefore data have been largely obtained from HSCs partially in comparison with the other stem cell types such as the neural stem cell (NSC). Mientras que muchos tipos de células madre han sido o están siendo definido, la célula madre hematopoyética (HSC) sigue siendo uno de los tipos de células madre mejor estudiado y por lo tanto los datos se han obtenido en gran parte de las HSC parcialmente en comparación con los otros tipos de células madre tales como la células madre neurales (NSC). The distinct impacts of different CKIs in stem cell populations underscore the crucial role that cell cycle inhibitors play in stem cell regulation and offer new insights into the mechanisms of cancer development, especially in light of the concept of 'tumor stem cell' (TSC) (or described as 'cancer stem cell' in general or 'leukemic stem cells' in leukemias by some other investigators in the field). Los distintos impactos de las diferentes CKIs en poblaciones de células madre subrayan el papel crucial que desempeñan los inhibidores del ciclo celular en la regulación de células madre y ofrecen nuevos conocimientos sobre los mecanismos de desarrollo del cáncer, especialmente a la luz del concepto de "células madre del tumor" (TSC) ( o descritas como "células madre del cáncer" en general o "células madre leucémicas 'en las leucemias por otros investigadores en el campo). The biochemical pathways of general cell cycle regulation will not be detailed in the current review, since they have been extensively reviewed elsewhere ( ; ; ). Las vías bioquímicas de la regulación del ciclo celular en general no se detallan en la presente revisión, ya que se han revisado extensamente en otro lugar ( Pardee, 1989 ; Sherr y Roberts, 1999 ; Sherr, 2000 ).

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Stem cell proliferation with a limited rate La proliferación de células madre con una tasa limitada

By definition, stem cells have the ability to reproduce themselves indefinitely while possessing the potential to differentiate into multiple lineages (or a single lineage in a few tissue types) via transit amplifying cells (progenitors). Por definición, las

células madre tienen la capacidad de reproducirse a sí mismos de forma indefinida mientras que poseen el potencial de diferenciarse en múltiples linajes (o un único linaje en unos pocos tipos de tejidos) a través de las células de amplificación de tránsito (progenitores). However, the proliferative rate of stem cells in vivo under physiological conditions is much slower compared to that of intermediate progenies, including the progenitor cells and proliferating precursors. Sin embargo, la tasa de proliferación de las células madre in vivo en condiciones fisiológicas es mucho más lento en comparación con la de progenie intermedios, incluyendo las células progenitoras y precursores proliferantes.

In the hematopoietic system, an increase in stem cell divisions can take place ( ; ) under activating conditions, such as after transplantation or the depletion of cycling cells using the S-phase toxin (5-fluorouracil or hydroxyurea) ( ; ). En el sistema hematopoyético, un aumento en las divisiones de células madre puede tener lugar ( Pawliuk et al, 1996. ; . Oostendorp et al, 2000 ) bajo condiciones de activación, tal como después del trasplante o el agotamiento de ciclo de las células utilizando la toxina de la fase S ( 5-fluorouracilo o hidroxiurea) ( Harrison y Lerner, 1991 ; . Uchida et al, 1997 ). However, the relative quiescence of the HSC pool appears to be essential to prevent premature depletion under conditions of physiologic stress over the lifetime of the organism ( , ). Sin embargo, la inmovilidad relativa de la piscina HSC parece ser esencial para evitar el agotamiento prematuro bajo condiciones de estrés fisiológico durante la vida útil del organismo ( Cheng et al., 2000a , 2000b ). The highly regulated proliferation of HSC occurs at a very limited rate under homeostatic conditions. La proliferación regulada de HSC se produce a un ritmo muy limitado y en condiciones homeostáticas. It had once been hypothesized that the stem cell quiescence reflects a complete cell cycle arrest of the majority cells in the stem cell compartment, termed the 'clonal succession model' ( ). En un tiempo había sido la hipótesis de que la quiescencia de células madre refleja una completa detención del ciclo celular de las células mayoritarias en el compartimento de células madre, llamado el "modelo sucesión clonal" ( Kay, 1965 ). While the retrovirus-based clonal marking studies revealed few active stem cell clones at a given time, which supports the clonal succession theory ( ), this view has been challenged by the competitive repopulation model ( ) or 5-bromodeoxyuridine (BrdU) incorporation in the defined stem cell pools with a simulation methodology ( ). Mientras que los estudios de marcado clonales retrovirus basados en revelaron pocos clones de células madre activas en un momento dado, lo que apoya la teoría de la sucesión clonal ( Lemischka et al., 1986 ), este punto de vista ha sido cuestionada por el modelo de repoblación competitivo ( Harrison et al., 1988 ) o 5-bromodesoxiuridina incorporación (BrdU) en las piscinas de células madre definidos con una metodología de simulación ( Cheshier et al., 1999 ). Using BrdU labeling experiments, cell cycle lengths were estimated at approximately 30 days in small rodents ( ) and it was found that only about 8% of the cells are in cell cycle daily ( ). Usando experimentos de marcaje BrdU, duración del ciclo celular se estimó en aproximadamente 30 días en pequeños roedores ( Bradford et al., 1997 ) y se encontró que sólo alrededor del 8% de las células son células en ciclo diario ( Cheshier et al., 1999 ) . Similar analyses using population kinetics estimated that stem cells replicate once per 10 weeks in cats ( ). Análisis similares usando la cinética de la población estima que las células madre se replican una vez por 10 semanas en gatos ( Abkowitz et al., 1996 ). In non-human primates, the rate of cell replication in the stem cell pool was estimated to be once per year ( ). En los primates no humanos, se estima que la tasa de replicación de las células en la piscina de células madre a ser una vez por año ( Mahmud et al., 2001 ). In contrast, the essential feature of the hematopoietic progenitor cell (HPC) population is that it irreversibly develops into maturing cells, and in the process undergoes multiple rapid cell divisions. En contraste, la característica esencial de la célula progenitora hematopoyética (HPC) población es que irreversiblemente desarrolla en las células de maduración, y en el proceso se somete a múltiples divisiones celulares rápidas. The progenitor cell pool essentially operates as a cellular amplification machine, generating many differentiated cells from the few cells entering the system ( ), and it is therefore directly responsible for the number

of terminally differentiated cells. La piscina de células progenitoras opera esencialmente como una máquina de amplificación celular, la generación de muchas células diferenciadas a partir de las pocas células que entran en el sistema ( Potten, 1997 ), y por lo tanto, es directamente responsable para el número de células terminalmente diferenciadas. For this reason, the progenitor cell pool is also termed the transit, amplifying cell pool. Por esta razón, la piscina célula progenitora también se denomina el tránsito, la amplificación de reserva de las células. The differences between the stem and progenitor cell populations have been regarded as phenotypic distinctions marking the stage of a cell within the hematopoietic cascade. Las diferencias entre el tallo y las poblaciones de células progenitoras se han considerado como diferencias fenotípicas que marcan la etapa de una célula dentro de la cascada hematopoyética. However, an alternative model was recently put forward proposing that the specific position in a cell cycle determines whether a primitive cell functions as a stem or a progenitor cell ( ). Sin embargo, un modelo alternativo fue presentado recientemente que se propone que la posición específica en un ciclo celular determina si un primitivas funciones de la célula como un vástago o una célula progenitora ( Quesenberry y col., 2002 ). In this hypothetical model, stimuli received at distinct positions in the cell cycle provoke proliferation/differentiation or not, and thereby yield either HSC or HPC outcomes. En este modelo hipotético, los estímulos recibidos en posiciones distintas en el ciclo celular provocan la proliferación / diferenciación o no, y por lo tanto producen ya sea HSC o los resultados de HPC. This seems to contradict the traditional view of 'hierarchy' within the hematopoietic differentiation. Esto parece contradecir la visión tradicional de la "jerarquía" en la diferenciación hematopoyética. Nevertheless, in either model, 'stemness' is associated with the limited rate of the cell proliferation. Sin embargo, en cualquiera de los modelos, 'stemness' se asocia con la tasa limitada de la proliferación celular.

The slow cycling feature seems to be a common feature in most adult stem cell types if not all ( ). La función de ciclo lento parece ser una característica común en la mayoría de tipos de células madre adultas si no todos ( Potten, 1997 ). In the central nervous system (CNS), evidence suggests that the proliferative pools of adult neural progenitors are derived from a quiescent multipotent neural precursor or NSC ( ; ). En el sistema nervioso central (SNC), la evidencia sugiere que las piscinas de proliferación de progenitores neurales adultas se derivan de un precursor neuronal quiescente o NSC multipotentes ( Bonfanti et al, 2001. ; . Palmer et al, 2001 ). For example, if the proliferative zone containing the lineage-committed neuronal progenitor cells (NPC) is ablated, it can be repopulated from a small number of quiescent NSCs ( ; ). Por ejemplo, si se extirpa la zona proliferativa que contiene las células progenitoras neuronales linaje-comprometidos (APN), se puede vuelve a llenar de un pequeño número de células madre neurales quiescentes ( Morshead et al, 1994. ; . Doetsch y col, 1999 ). Perhaps largely owing to this quiescence, endogenous NSCs do not produce complete recovery in cases of severe injury, though they do participate in self-repair after brain damage ( ). Quizás debido en gran medida a esta quiescencia, células madre neurales endógenas no producen una recuperación completa en los casos de lesiones graves, a pesar de que no participan en la auto-reparación después de daño cerebral ( Horner et al., 2000 ). In the mouse dermal stem cell population, there are about fourfold fewer cells in S-G2/M phases in the stem cell population compared with the progenitor pool, though both cell populations constantly proceed through the cell cycle ( ). En la población de células madre dérmicas ratón, hay menos cuatro veces sobre células en las fases S-G2 / M en la población de células madre en comparación con el reservorio progenitor, aunque ambas poblaciones celulares proceden constantemente a través del ciclo celular ( Dünnwald et al., 2003 ) . In addition, epithelial stem cells in mouse cornea ( ) or mouse hair follicle ( ) appear to be slowly cycling as well. Además, las células madre epiteliales en la córnea del ratón ( Cotsarelis et al., 1989 ) o folículo del pelo del ratón ( Morris et al., 2004 ) parecen ser lentamente bicicleta también.

The relative quiescence of stem cells may prevent their premature exhaustion in vivo , but it has been considered to be one of the hurdles in the context of the in vitro expansion necessary for stem cell transplantation and gene therapy. La quiescencia relativa de células madre puede evitar su agotamiento prematuro in vivo, pero se ha considerado como uno de los obstáculos en el contexto de la expansión in vitro necesaria para el trasplante de células madre y terapia génica. Methods for inducing stem cell proliferation have long been sought as a means to expand the population of cells capable of repopulating the bone marrow of ablated hosts and to render stem cells transducable with virus-based gene transfer vectors. Los métodos para inducir la proliferación de células madre han sido buscados como un medio para expandir la población de células capaces de repoblar la médula ósea de los ejércitos ablación y para hacer que las células madre transducable con vectores de transferencia de genes basados en virus. Although great effort has been made to directly expand stem cells using different combinations of hematopoietic growth factors (cytokine cocktails), no culture system has been applied successfully in clinical settings. Aunque se ha hecho un gran esfuerzo para ampliar directamente a las células madre utilizando diferentes combinaciones de factores de crecimiento hematopoyéticos (cócteles de citocinas), no hay sistema de cultivo ha sido aplicada con éxito en el ámbito clínico. This is due, in part, to the lack of proof that any of the culture conditions support expansion of a long-term repopulating HSC in humans ( ). Esto es debido, en parte, a la falta de pruebas de que cualquiera de las condiciones de cultivo apoyan la expansión de un HSC repoblación a largo plazo en seres humanos ( Verfaillie, 2002 ). Although data suggest that under certain specific conditions murine HSCs may divide in vitro , net expansion is achieved in limited fashion and is associated with and often dominated by cellular differentiation ( ; ). Aunque los datos sugieren que bajo ciertas condiciones específicas de las CMH murino pueden dividir in vitro, la expansión neta se consigue de forma limitada y se asocia con y, a menudo dominado por la diferenciación celular ( Ema et al, 2000. ; . Uchida et al, 2003 ). It remains unclear which combination of hematopoietic cytokines is specifically selective for stem cell proliferation without differentiation. Aún no está claro qué combinación de citoquinas hematopoyéticas es específicamente selectiva para la proliferación de células madre sin diferenciación. So far, there is no cytokine combination that can achieve the effect of stem cell expansion by the HoxB4 protein ( ). Hasta ahora, no hay ninguna combinación de citoquinas que se puede lograr el efecto de la expansión de células madre por la proteína HoxB4 ( Antonchuk et al., 2002 ). A recent promising study demonstrated a potent effect of purified Wnt3a protein in the expansion of mouse HSC in vitro . Un estudio reciente ha demostrado prometedor un efecto potente de la proteína Wnt3a purificado en la expansión de HSC ratón in vitro. But the effect appeared to require a strong survival element since the net expansion could be only achieved on the HSCs from the Bcl2 transgenic mice ( ). Pero el efecto parecía exigir un elemento de supervivencia fuerte desde la expansión neta podría lograrse sólo en las HSC de las Bcl2 ratones transgénicos ( Willert et al., 2003 ).

In short, the dichotomy of the relative resistance to proliferative signals by stem cells and the brisk responsiveness by progenitor cells is generally believed to be a central feature of tissue maintenance, although the phenotypic distinctions between stem and progenitor cells in many nonhematopoietic organs have not been fully defined. En resumen, la dicotomía de la resistencia relativa a las señales proliferativas de las células madre y la capacidad de respuesta a paso ligero por células progenitoras generalmente se cree que es una característica central de mantenimiento de los tejidos, a pesar de las diferencias fenotípicas entre las células madre y progenitoras no hematopoyéticas en muchos órganos no han sido completamente definido. Nevertheless, the functional difference in proliferative response between stem cells and progenitors represents a challenge for the specific manipulations of the stem cells for therapeutic purposes. Sin embargo, la diferencia funcional en respuesta proliferativa entre las células madre y progenitores representa un reto para las manipulaciones específicas de las células madre con fines terapéuticos. While a complex array of extracellular signals and intracellular

transduction pathways certainly participate in the distinct response, the cell cycle machinery, as a final step, must communicate with the specific regulatory cues ( ) and cell cycle regulators must play key roles in this process ( ). Mientras que una serie compleja de señales extracelulares y la transducción intracelular vías sin duda participar en la respuesta distinta, la maquinaria del ciclo celular, como un paso final, debe comunicarse con las señales reguladoras específicas ( Steinman y Nussenzweig, 2002 ) y los reguladores del ciclo celular deben desempeñar un papel clave en este proceso ( D'Urso G y S, 2001 ).

La regulación del ciclo celular y los inhibidores de CDK

The molecular principles of cell cycle regulation have been defined largely in yeast and in orthologous systems applicable to the mammalian cell cycle ( Hartwell and Weinert, 1989 ). Los principios moleculares de la regulación del ciclo celular se han definido en gran medida en la levadura y en sistemas de ortólogos aplicables al ciclo celular en mamíferos ( Hartwell y Weinert, 1989 ). A number of surveillance checkpoints monitor the cell cycle and halt its progression, mainly via the p53 pathway ( Vogelstein and Kinzler, 1992 ), when DNA damage occurs. Un número de los puestos de control de vigilancia supervisar el ciclo celular y detener su progresión, principalmente a través de la vía de p53 ( Vogelstein y Kinzler, 1992 ), cuando se produce daño en el ADN. In mammalian cells, the cell cycle machinery that determines whether cells will continue proliferating or will cease dividing and differentiate appear to operate mainly in the G1 phase ( Figure 1 ). En células de mamíferos, la maquinaria del ciclo celular que determina si las células continuarán proliferando o cesarán dividir y diferenciar parece funcionar principalmente en la fase G1 ( Figura 1 ). Cell cycle progression is regulated by the sequential activation and inactivation of CDKs ( Sherr, 1994 ; Sherr and Roberts, 1995 ). La progresión del ciclo celular está regulada por la activación secuencial y la inactivación de las CDK ( Sherr, 1994 ; Sherr y Roberts, 1995 ). In somatic cells, movement through G1 and into the S phase is driven by the active form of the Cyclin D1, 2,3/CDK4, 6 complex and the subsequent phosphorylation retinoblastoma (Rb) protein ( Classon and Harlow, 2002 ). En las células somáticas, el movimiento a través de G1 y en la fase S es accionado por la forma activa de la ciclina D1, 2,3 / CDK4, 6 complejos y la posterior fosforilación de retinoblastoma (Rb) proteína ( Classon y Harlow, 2002 ). Once Rb is phosphorylated, the critical transcription factor, E2F-1, is partially released from an inhibited state and it turns on a series of genes including cyclin A and cyclin E that form a complex with CDK2 as well as cdc25A phosphatase. Una vez que Rb es fosforilada, el factor de transcripción crítico, E2F-1, se libera parcialmente a partir de un estado inhibido y se convierte en una serie de genes incluyendo ciclina A y ciclina E que forma un complejo con CDK2, así como cdc25A fosfatasa. Cdc25A is able to remove the inhibitory phosphates from CDK2 and the resultant cyclin E/CDK2 complex, then it further phosphorylates Rb, leading to a complete release of E2F and the transcription of a series of genes essential for S-phase progression and DNA synthesis. Cdc25A es capaz de eliminar los fosfatos inhibidores de CDK2 y la ciclina E/CDK2 complejos resultante, a continuación, se fosforila más Rb, que conduce a una liberación completa de E2F y la transcripción de una serie de genes esenciales para la progresión de la fase S y la síntesis de ADN. In parallel, the c-Myc pathway also directly contributes to the G1/S transition by elevating the transcription for cyclin E and cdc25A ( Bartek and Lukas, 2001 ) ( Figure 1 ). En paralelo, la vía de c-Myc también contribuye directamente a la transición G1 / S mediante la elevación de la transcripción para la ciclina E y cdc25A ( Bartek y Lukas, 2001 ) ( Figura 1 ).

Figure 1. Figura 1.

Cell Cycle Control of G1 Phase in Mammalian Cells. Control del ciclo celular de la fase G1 en células de mamífero. Description about each regulator during the G1 phase is detailed in the text. Descripción acerca de cada regulador durante la fase G1 se detalla en el texto. The CDK inhibitors are indicated in the black boxes Los inhibidores de CDK se indican en las cajas negras

Full figure and legend (25 K ) Figura y leyenda completa (25 K)

CDK activity is strictly dependent on cyclin levels that are regulated by proteosome-mediated proteolysis. La actividad de CDK es estrictamente dependiente de los niveles de ciclina que son regulados por proteolisis mediada por proteosoma. Upon mitogenic stimulation, cyclin D serves as an essential sensor in the cell cycle machinery and interacts with the CDK4/6-Rb-E2F pathway. Tras la estimulación mitogénica, ciclina D sirve como un sensor esencial en la maquinaria del ciclo celular e interactúa con la vía de CDK4/6-Rb-E2F. In addition to regulation by cyclins and phosphorylation/dephosphorylation of the catalytic subunit, CDKs are largely controlled by CKIs ( Sherr and Roberts, 1999 ). Además de la regulación por ciclinas y la fosforilación / defosforilación de la subunidad catalítica, las CDK están controlados en gran parte por CKI ( Sherr y Roberts, 1999 ). Two families of low molecular weight CKIs, Cip/Kip and INK4, have been identified as capable of interacting with CDKs to suppress progression through G1. Dos familias de CKI de bajo peso molecular, Cip / Kip y INK4, han sido identificados como capaces de interactuar con las CDK para suprimir la progresión a través de G1. The Cip/Kip family, which includes p21 Cip1/Waf1 , p27 kip1 and p57 Kip2 (p21, p27 and p57 hereafter), may interact with a broad range of cyclin–CDK complexes, while the INK4 family, which includes p16 INK4A , p15 INK4B , p18 INK4C and p19 INK4D (p16, p15, p18 and p19 hereafter), specifically inhibits CDK4 and CDK6 kinases. El Cip / Kip familia, que incluye cip1/waf1 p21, p27 y p57 Kip1 Kip2 (p21, p27 y p57 en adelante), pueden interactuar con una amplia gama de complejos de ciclina-CDK, mientras que la familia INK4, que incluye p16 INK4a, p15 INK4B, p18 y p19 INK4c Ink4d (p16, p15, p18 y p19 en lo sucesivo), específicamente inhibe CDK4 y CDK6 quinasas. Of note, p16 locus also encodes a structurally unrelated protein (p14 ARF in humans or p19 ARF in mice), through an alternative reading frame (ARF) ( Sherr, 2001 ). De nota, p16 locus también codifica una proteína estructuralmente no relacionado (p14 ARF en los seres humanos o p19 ARF en ratones), a través de un marco de lectura alternativa (ARF) ( Sherr, 2001 ). Intriguingly, ARF protein is able to activate p53 function by removing the inhibitory effect of Mdm2 on p53 protein ( Sherr and Weber, 2000 ). Curiosamente, ARF proteína es capaz de activar la función de p53 mediante la eliminación del efecto inhibidor de Mdm2 en proteína p53 ( Sherr y Weber, 2000 ). Therefore, the unique p16 locus serves as a bridging

point between the two most frequently targeted networks in the cells of the majority of cancers: RB and p53 pathways. Por lo tanto, el único locus p16 sirve como un punto de enlace entre las dos redes más frecuentemente dirigida en las células de la mayoría de los cánceres: RB y p53 vías. Both CKI families have been shown to be essential in arresting cell cycle progression in a broad spectrum of cell types ( Morgan, 1995 ; Sherr, 1996 ). Ambas familias de CKI han demostrado ser esencial en la detención de la progresión del ciclo celular en un amplio espectro de tipos de células ( Morgan, 1995 ; Sherr, 1996 ). Studies using antisense of p21 or p27 have been able to release the cells from Go stage into the cell cycle ( Nakanishi et al. , 1995 ; Rivard et al. , 1996 ). Los estudios que utilizan antisentido de p21 o p27 han sido capaces de liberar las células de la etapa de entrar en el ciclo celular ( Nakanishi et al, 1995. ; . Rivard et al, 1996 ). p27 and p18 have been proposed as intrinsic timers regulating animal organ size in an autonomous manner ( Conlon and Raff, 1999 ). p27 y p18 se han propuesto como temporizadores intrínsecas regulación de animales tamaño de los órganos de una manera autónoma ( Conlon y Raff, 1999 ).

While we have a wealth of knowledge about the biochemical roles of CKIs in a variety of model systems ( Sherr, 1996 ; Sherr and Roberts, 1999 ; Sherr, 2000 ), few experiments have been performed in the defined stem cell populations. Si bien tenemos una riqueza de conocimientos acerca de las funciones bioquímicas de CKIs en una variedad de sistemas de modelos ( Sherr, 1996 ; Sherr y Roberts, 1999 ; Sherr, 2000 ), son pocos los experimentos se han realizado en las poblaciones de células madre definidos. There appears to be a distinct cell cycle control operating in stem cells in order to maintain their 'stemness'. Parece que hay una célula distinta ciclo de control operativo en las células madre con el fin de mantener su 'stemness'. Mouse embryonic stem (ES) cells were shown to have a 'defective' Rb pathway and a nonresponsive p53 pathway ( Aladjem et al. , 1998 ; Prost et al. , 1998 ; Burdon et al. , 2002 ). Mouse células madre embrionarias (ES) demostraron tener un "defectuosos" vía Rb y una vía de p53 no responde ( Aladjem et al, 1998. ; Prost et al, 1998. ; Burdon et al, 2002. ). In adult tissues, stem cells and progenitor cells share many common cytokine receptors ( Berardi et al. , 1995 ; Becker et al. , 1999 ; Roy and Verfaillie, 1999 ; Shen et al. , 1999 ), it is likely that the distinct cell cycle profile in stem cells is mediated by either distinct upstream intracellular mediators or unique combinatorial relationships of common biochemical mediators that limit the intensity of signals to enter into cell cycle. En tejidos adultos, las células madre y las células progenitoras comparten muchos receptores de citoquinas comunes ( Berardi et al, 1995. ; Becker et al, 1999. ; Roy y Verfaillie, 1999 ; . Shen et al, 1999 ), es probable que la célula distinta perfil de ciclo de las células madre está mediada por cualquiera de distintos mediadores intracelulares aguas arriba o relaciones combinatorias únicas de mediadores bioquímicos comunes que limitan la intensidad de las señales para entrar en el ciclo celular. Defining the mechanisms in the stem cell response requires the analysis of individual cell cycle regulators and ultimately a systematic approach to define how these cell cycle regulators interact with one another and intersect various signaling pathways. Definición de los mecanismos en la respuesta de células madre requiere el análisis de los reguladores del ciclo celular individuales y en última instancia, un enfoque sistemático para definir cómo estos reguladores del ciclo celular interactúan entre sí y se cruzan varias vías de señalización.

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Roles of CKIs in stem cell regulation Roles de CKIs en la regulación de células madre

Roles of CKIs in stem and progenitor cells have been shown in several species since Dipio , an analogue of p21/p27, was reported to control embryonic progenitor proliferation in Drosophila ( de Nooij and Hariharan, 1995 ; de Nooij et al. , 1996 ). Clases de CKI en células madre y progenitoras se ha demostrado en varias especies desde Dipio, un análogo de p21/p27, se informó para controlar la proliferación de células progenitoras embrionarias en Drosophila ( de Nooij y Hariharan, 1995 ; de Nooij et al, 1996. ). However, further study of their roles in stem cells from other higher species by conventional experiments in molecular biology is hampered due to the extremely limited availability of the primary stem cells. Sin embargo, el estudio adicional de sus papeles en las células madre a partir de otras especies superiores por experimentos convencionales de la biología molecular se ve obstaculizada debido a la extremadamente limitada disponibilidad de las células madre primarias. Fortunately, genetically engineered animal models and cell-sorting technologies allow us to vigorously test the gain or loss of gene function in the defined HSC and HPC populations in the hematopoietic system. Afortunadamente, los modelos animales transgénicos y tecnologías de células de clasificación nos permite analizar con vigor la ganancia o pérdida de la función de los genes en el HSC definido y poblaciones HPC en el sistema hematopoyético. CKI knockout rodent models have been particularly useful in providing a feasible approach for studying the roles of cell cycle inhibitors in stem cell biology ( Brugarolas et al. , 1995 ; Nakayama et al. , 1996 ; Franklin et al. , 1998 ). Modelos de roedores knockout CKI han sido particularmente útiles para proporcionar un enfoque viable para el estudio de las funciones de los inhibidores del ciclo celular en la biología de células madre ( Brugarolas et al, 1995. ; Nakayama et al, 1996. ; . Franklin et al, 1998 ). In the hematopoietic system, most CKI family members have been found to be differentially expressed in human CD34 + cells ( Taniguchi et al. , 1999 ; Tschan et al. , 1999 ; Yaroslavskiy et al. , 1999 ; Marone et al. , 2000 ; Cheng et al. , 2001 ), indicating their distinct effects in hematopoiesis. En el sistema hematopoyético, miembros de la familia más CKI se han encontrado para ser expresadas diferencialmente en células humanas CD34 + ( Taniguchi et al, 1999. ; Tschan et al, 1999. ; Yaroslavskiy et al, 1999. ; Marone et al, 2000. ; Cheng et al., 2001 ), lo que indica sus efectos distintos en la hematopoyesis. In the following paragraphs, the HSC will be most used as an example to describe the roles of CKIs in stem cell regulation unless other adult stem cell types are specified. En los siguientes párrafos, la HSC será más usado como un ejemplo para describir las funciones de CKI en la regulación de células madre menos que se especifiquen otros tipos de células madre adultas.

p21: a gatekeeper for quiescent stem cells p21: un guardián de las células madre latentes

p21 mRNA is abundant in quiescent human HSCs, while it is reduced in progenitor populations ( Ducos et al. , 2000 ; Stier et al. , 2003 ). mRNA p21 es abundante en las HSC humanas quiescentes, mientras que se reduce en las poblaciones progenitoras ( Ducos et al, 2000. ; . Stier et al, 2003 ). Functional assessment in hematopoietic cells been carried out using p21-/- mice ( Cheng et al. , 2000a , 2000b ). La evaluación funcional en las células hematopoyéticas se llevó a cabo usando p21-/ - ratones ( Cheng et al, 2000a. , 2000b ). In the absence of p21, HSC proliferation tends to increase under normal homeostatic conditions. En la ausencia de p21, HSC proliferación tiende a aumentar en condiciones homeostáticas normales. Exposing the animals to cell cycle-specific myelotoxic injury resulted in a higher rate of mortality due to

hematopoietic cell depletion. La exposición de los animales a la celda lesión mielotóxica ciclo-específica dio lugar a una mayor tasa de mortalidad debida a la depleción de células hematopoyéticas. Therefore, p21 governs cell cycle entry of stem cells, and its absence leads to increased proliferation of the primitive cells. Por lo tanto, p21 regula la entrada del ciclo celular de las células madre, y su ausencia conduce a un aumento de la proliferación de las células primitivas. However, self-renewal of HSCs was impaired in serially transplanted bone marrow from p21-/- mice ( Cheng et al. , 2000b ), suggesting that restricted cell cycling is crucial to prevent premature stem cell depletion and hematopoietic death under conditions of stress. Sin embargo, la auto-renovación de las CMH fue afectada en serie trasplantado de médula ósea a partir de p21-/ - ratones ( . Cheng et al, 2000b ), lo que sugiere que el ciclo celular restringida es crucial para evitar un agotamiento prematuro de células madre hematopoyéticas y la muerte en condiciones de estrés. Such results might not be solely attributed to the stem cell effect and other possible defects in differentiation or apoptosis program, especially in the downstream of the hematopoiesis, cannot be completely ruled out based on the study. Estos resultados no pueden atribuirse únicamente al efecto de células madre y otros posibles defectos en la diferenciación o el programa de apoptosis, especialmente en las aguas abajo de la hematopoyesis, no se puede descartar por completo a partir del estudio. Nevertheless, the increased HSC cycling that results from p21 absence in mice has recently been extended to human cells and to a nondevelopmental context. Sin embargo, el aumento de la bicicleta HSC que resulta de la ausencia de p21 en ratones ha sido extendido recientemente a las células humanas y para un contexto nondevelopmental. Using postnatal CD34 + CD38 - human cells, it was shown that interrupting p21 expression with lentivectors ex vivo resulted in expanded stem cell number validated with the transplantation assay in irradiated NOD/SCID mice ( Stier et al. , 2003 ). Usando posnatal CD34 + CD38 - células humanas, se demostró que la interrupción de la expresión de p21 con lentivectores ex vivo resultó en el número de células madre expandidas validado con el ensayo de trasplante en irradiado ratones NOD / SCID ( Stier et al, 2003. ). This study demonstrated a proof-of-concept for an alternative paradigm in which HSC numbers can be increased by releasing the brake on cell cycle entry rather than focusing on combinations of pro-proliferative cytokines that can also induce differentation. Este estudio demostró una prueba de concepto para un paradigma alternativo en el que los números de HSC se puede aumentar mediante la liberación del freno en la entrada del ciclo celular en lugar de centrarse en combinaciones de citoquinas pro-proliferativos que también pueden inducir diferenciación. These data further supported the notion that postnatal human stem cell proliferation can be uncoupled from differentiation in ex vivo settings. Estos datos apoyan aún más la noción de que la proliferación de células madre humanas postnatal puede ser desacoplado de la diferenciación en la configuración ex vivo.

Given that relative quiescence is a common feature of different tissue stem cell types and that p21 maintains HSC quiescence, it was hypothesized that p21 might also participate in limiting NSC reactivity in vivo . Teniendo en cuenta que la quiescencia relativa es una característica común de los diferentes tipos de células madre de tejido y que la p21 mantiene quiescencia HSC, se planteó la hipótesis de que p21 podría participar también en la limitación de NSC reactividad in vivo. Neural precursor cells from adults have exceptional proliferative and differentiative capabilities in vitro , yet respond minimally to in vivo brain injury due to constraining mechanisms that are poorly defined. Las células precursoras neuronales de los

adultos tienen la capacidad de proliferación y diferenciación in vitro excepcionales, sin embargo, responder mínimamente en vivo lesión cerebral debido a la restricción de mecanismos que no están bien definidos. The role of p21 in the regenerative response of neural tissue is evaluated in mice deficient in p21 following ischemic injury ( Qiu et al. , 2004 ). El papel de p21 en la respuesta regenerativa de tejido neuronal se evaluó en ratones deficientes en p21 después de la lesión isquémica ( Qiu et al., 2004 ). While steady-state conditions revealed no increase in primitive cell proliferation in p21-null brain, which is different from that found in the hematopoietic system, a significantly larger fraction of quiescent neural precursors was activated in the hippocampus and subventricular zone after brain ischemia. Si bien las condiciones de estado estacionario revelaron ningún aumento en la proliferación celular en el cerebro primitivo p21-null, que es diferente de la que se encuentra en el sistema hematopoyético, una fracción significativamente mayor de los precursores neuronales quiescentes se activó en el hipocampo y la zona subventricular después de la isquemia cerebral. The hippocampal precursors migrated and differentiated into a higher number of neurons post injury. Los precursores del hipocampo migran y se diferencian en un mayor número de neuronas después de la lesión. In an earlier study, p21 null also promoted the skin stem cell potential in mice ( Missero et al. , 1996 ). En un estudio anterior, p21 nulo también promovió la piel potencial de células madre en ratones ( Missero et al., 1996 ). Therefore, p21 may serve as a common molecular regulator restricting proliferation among stem cell pools from distinct tissue types, despite the distinct kinetics between different tissue types. Por lo tanto, p21 puede servir como un regulador molecular común restringir la proliferación entre los conjuntos de células madre a partir de distintos tipos de tejidos, a pesar de las distintas cinética entre diferentes tipos de tejidos.

Paradoxically, the role of p21 has been noted to positively affect proliferation following cytokine stimulation in progenitor cell pools ( Liu et al. , 1996 ). Paradójicamente, el papel de p21 se ha observado para afectar positivamente a la proliferación después de la estimulación de citoquinas en piscinas de células progenitoras ( Liu et al., 1996 ). This may be due to the requirement for p21 to promote the association of CDK4 with D-type cyclins. LaBaer et al. (1997) demonstrated that low concentrations of p21 promote assembly of active kinase complexes and thereby entry into cycle, whereas higher concentrations are inhibitory. Esto puede ser debido a la exigencia de p21 para promover la asociación de CDK4 con las ciclinas de tipo D. LaBaer et al. (1997) demostró que bajas concentraciones de p21 promover el ensamblaje de los complejos de quinasa activos y con ello la entrada en el ciclo, mientras que las concentraciones más altas son inhibidora. The stoichiometry of p21 and cyclin–CDK complexes appears to be crucial in determining the relative effect on movement of the cell through late the G1 into S phase. La estequiometría de los complejos p21 y ciclina-CDK parece ser crucial para determinar el efecto relativo sobre el movimiento de la célula a través de finales de la G1 a la fase S. This was further confirmed in a study showing that p21 and p27 are essential activators of cyclin D-dependent kinases in murine fibroblasts ( Cheng et al. , 1999 ). Mantel et al. (1996) noted that bone marrow progenitor cells from p21-null mice proliferated poorly and formed fewer colonies with thymidine treatment except when transduced with a p21-encoding retroviral vector ( Braun et al. , 1998 ). Esto se confirmó aún más en un estudio que muestra que la p21 y p27 son esenciales activadores de quinasas dependientes de ciclina D-en fibroblastos murinos ( Cheng et al., 1999 ). Mantel et al. (1996) observó que las células

progenitoras de médula ósea a partir de p21-null ratones proliferaban mal y formaron menos colonias con timidina tratamiento excepto cuando transducidas con un vector retroviral que codifica p21 ( Braun et al., 1998 ). Similarly, these defects were complemented by a transient rise in p21 immediately following release of cell cycle arrest in the murine myeloid progenitor 32D cell line ( Cheng et al. , 2001 ). Del mismo modo, estos defectos se complementaron con un aumento transitorio de la p21 inmediatamente después de la liberación de la detención del ciclo celular en la línea celular progenitora mieloide murina 32D ( Cheng et al., 2001 ). Therefore, as observed in other systems, p21 has a dual function in the hematopoietic system, depending on the differentiation stage and CDK complex type and status. Por lo tanto, como se observa en otros sistemas, p21 tiene una doble función en el sistema hematopoyético, en función de la etapa de diferenciación y de tipo complejo de CDK y el estado.Además, las funciones complejas de p21 en la apoptosis ( Wang y Walsh, 1996 ) o la diferenciación ( Steinman et al. , 1994 , 1998 ) también pueden participar en la regulación de células madre, aunque estas funciones aún no se han investigado a fondo. En cuanto a la regulación del ciclo celular, no está claro por qué el papel positivo de la p21 en la formación del complejo de CDK4 o CDK6 con ciclinas de tipo D domina su efecto inhibitorio sobre la actividad de CDK2 en las piscinas de células progenitoras.

Tampoco está claro por qué la expresión de p21 es elevada en las CEH quiescentes. Se han evaluado dos aguas arriba reguladores directos de p21. WT1 se sabe que inducen la transcripción p21, y la sobreexpresión de WT1 resultados en alterado ciclo de células madre y la diferenciación en células hematopoyéticas primarias ( Ellisen et al. , 2001 ). Además, está bien documentado que la p21 también está regulado transcripcionalmente por p53 y sirve como un mediador aguas abajo de la detención del ciclo celular ( El-Deiry et al. , 1992 ; el-Deiry, 1998 ). Sería razonable esperar que el fenotipo HSC de la p53-/ - animal para ser similar a la de p21-/ -. De hecho, en ausencia de p53, se ha informado de función HSC para ser mejorado significativamente bajo condiciones de estrés ( Wlodarski et al. , 1998 ; Hirabayashi . et al , 2002 ) en una manera opuesta a la encontrada en ausencia de p21 durante largo injerto plazo. Dado que una de las principales funciones celulares de p53 es para iniciar la muerte celular a estrés genotóxico, la función mejorada de las HSC en ausencia de p53 sugiere que el aumento de la supervivencia puede predominar sobre la proliferación acelerada de las HSC en algunos entornos. Una explicación alternativa es que la p21 puede afectar a las células madre en una vía independiente de p53. Esta última posibilidad es apoyada indirectamente por un estudio reciente en el que un aumento de la regeneración neuronal en p21-/ - se observó después de la lesión cerebral isquémica (- pero no p53-/ Qiu et al. , 2004 ).

p27: un inhibidor de la progenitora-específica a la eficiencia repoblación

A diferencia de p21, p27 mRNA está presente ubicuamente en todas las poblaciones de células hematopoyéticas y de la proteína p27 está regulada principalmente por los mecanismos de degradación ( Carrano et al. , 1999 ). Análisis de citometría de flujo directo muestra expresión de p27 en las células primitivas ( Tong y Srour, 1998 ) y en progenitores más maduros ( Taniguchi et al. , 1999 ; Yaroslavskiy . et al , 1999 ). Uso de p27-/ - ratones, en relación con el ensayo de reconstitución hematopoyética, se ha informado de que p27 no afecta número HSC, el ciclo celular, o auto-renovación, pero altera marcadamente HPC proliferación y tamaño de la piscina según la evaluación de la celda formadora de colonias (CFC) ensayo ( Cheng et al. ,

2000a ). Cuando se trasplantan competitivo, p27 deficientes progenitores HSC generados que finalmente dominaron la producción de células sanguíneas. Por lo tanto, modular la expresión de p27 en un pequeño número de células madre sin necesariamente expandir las células puede traducirse en efectos sobre la mayoría de las células maduras, proporcionando de este modo una estrategia para potenciar el impacto de las células transducidas en las terapias génicas con células madre. Si bien este paradigma aún no se ha definido aún más en un sistema de focalización gen regulable en las HSC, se ha apoyado indirectamente por la mejora de la transducción retroviral después de caída de p27 con un oligonucleótido antisentido en humanos CD34 + CD38 - células ( Dao et al. , 1998 ) . Por lo tanto, el papel funcional de p27 en la HSC es indirecta y parece ser muy distinta de la de p21.

El papel específico de p27 en células progenitoras neurales ha sido también bien definida. En el adulto o el desarrollo de cerebro de ratón, la proteína p27 se asocia con los NPC ( Legrier et al. , 2001 ). La expresión de p27 en ratón precursor de células granulares del cerebelo se correlaciona inversamente con la incorporación de BrdU en las células, y la interrupción del gen p27 se obtiene un conjunto precursor más grande ( Miyazawa et al. , 2000 ). p27 también se ha documentado como un temporizador intrínseca durante la proliferación de las células oligodentricyte in vitro ( Gao et al. , 1997 ; Burton . et al , 1999 ). En ausencia de p27, las células cultivadas NPCs dividirían para una ronda más. En un elegante in vivo estudio implique el uso de células madre neurales contra NPCs más definidos en adultos zona subventricular del ratón (ZVS), los autores encontraron que la pérdida de p27 no tuvo efecto sobre el número de NSC pero aumentó selectivamente el número de NPC concomitante con una reducción en el número de neuroblastos ( Doetsch y col. , 2002 ). La ventaja similar de las células p27-nulos, como se ha demostrado en el modelo de la reconstitución hematopoyética durante el injerto de células, se informó en el modo de regeneración del hígado, lo que sugiere un papel similar de p27 en células progenitoras del hígado ( Karnezis et al. , 2001 ).

p27 aparece a acumularse en los puntos en los que las señales para la mitosis afectan reguladores del ciclo celular, y se ha demostrado para servir como un regulador importante en un punto de restricción para señales mitogénicas en muchos tipos de células ( Coats y col. , 1996 ). Como las células progenitoras son muy sensibles a factores de crecimiento, aunque de una manera específica de tejido, p27 ha de ser un mediador crítico del ciclo celular de muchas citocinas en las células progenitoras. p27 se clonó originalmente en el TGF- 1-línea celular tratada como TGF- gen sensible 1 ( Polyak et al. , 1994 ). En el sistema hematopoyético, el TGF- 1 se ha caracterizado ampliamente como un regulador dominante negativo de la proliferación de células hematopoyéticas ( Hatzfeld et al. , 1991 ; Cardoso et al. , 1993 ; Fortunel et al. , 1998 ; Cashman . et al , 1999 ). Antisentido TGF- 1 o anticuerpos neutralizante de TGF- 1 se han utilizado para aumentar la transducción retroviral de genes en combinación con la regulación negativa de p27 en humanos CD34 + subconjuntos ( Hatzfeld et al. , 1991 , 1996 ; Dao et al. , 1998 ). Por lo tanto, se ha planteado la hipótesis de que p27 media el efecto de TGF- 1 en HPC ( Fortunel et al. , 2000 ). En un intento de investigar más a fondo la regulación coordinada de TGF- 1 ( Cheng et al. , 2001 ), p27 se analizó en la línea celular 32D citoquinas-sensible. A pesar de los efectos antiproliferativos marcados de TGF- 1, la expresión de p27 no fue alterada. Además, HPC derivados de ratones modificados para ser deficientes en p27 fueron inhibidas por el TGF- 1 a un grado equivalente de HPC de los controles de camada de tipo salvaje. Estos datos indicaron que el TGF- 1 ejerce su inhibición

en el ciclo celular independiente de p27 en HPC. Por lo tanto, los reguladores aguas arriba exactas para p27 en una variedad de células progenitoras son todavía algo difícil de alcanzar y tal vez dependen del tipo de tejido. Dada la presencia de ARNm tanto en tallo y poblaciones de células progenitoras y la inhibición selectiva de p27 a progenitores, es probable que la maquinaria de la ubiquitina-proteasoma desempeña un papel clave en la degradación de la proteína p27 en estos tipos de células. Sería interesante ver lo diferente que los F-box Skp2 funciones que las subunidades sustrato específico de la enzima ligasa de ubiquitina de la proteína p27 en las células madre en la respuesta para contener aguas arriba reguladores celulares ( Carrano et al. , 1999 ).

p18: un fuerte inhibidor de células madre de autorrenovación

p18, un miembro de la familia INK4, se expresa en múltiples tipos de tejidos, incluyendo las células hematopoyéticas ( Tschan et al. , 1999 ) y células neurogénicos ( Legrier et al. , 2001 ). Además, p18 se ha sugerido que participan en la división simétrica de células precursoras en el desarrollo de cerebro de ratón ( Tschan et al. , 1999 ). Estudios recientes han demostrado un papel intrigante de p18 en la auto-renovación HSC, cuyas funciones son muy diferentes de otros CKIs ( Cheng et al. , 2000a , 2000b ; Yuan, . et al , 2004 ). La ausencia de p18 causas mejorada renovación de células madre, lo que lleva a un aumento de células madre de piscina. En el ámbito de los trasplantes, las CMH p18 deficientes en replicar con mayor competitividad y permiten el trasplante secuencial notablemente más allá de las células de tipo salvaje. A diferencia de las manifestaciones anteriores en ratones deficientes en p27, en el que se incrementan notablemente el tamaño de la piscina y el ciclo celular de HPC comprometidos pero no HSCs ( Cheng et al. , 2000a ), la ventaja de injerto en ausencia de p18 no se debe a consecuencia predominante de ciclo celular menos restringido en piscinas HPC comprometidos y poblaciones de células más diferenciadas o la consecuencia de un único linaje. Un análisis más detallado indica un aumento del fenotipo HSC altamente enriquecido, pero no las piscinas progenitoras de linaje-comprometidos. Por lo tanto, el estudio sugiere un efecto relativamente específico de la pérdida de p18 en las HSC y HPCs multipotenciales tempranas.

Curiosamente, mientras que tanto p18 y p21appear para afectar la cinética en las HSC, que tienen fenotipos muy diferentes: p21-/ - las HSC se someten a agotamiento prematuro ( Cheng et al. , 2000b ), pero p18-/ - las HSC tienden a auto-renovación durante largo plazo injerto. Sin proliferación abrumadoramente no específica en otras poblaciones de células, aumento de la regeneración de p18-/ - las HSC sugiere que el equilibrio de la diferenciación a la auto-renovación en ausencia de p18 favores de auto-renovación. Estos dos modelos contrastantes también sugieren que la quiescencia de células madre en relación o en bicicleta lenta no es necesariamente la fuerza para la lucha contra las células madre auto-renovación y, de hecho, es posible que se requieran para la renovación de células madre, al menos in vivo en condiciones homeostáticas. Si bien este es un punto muy especulativo, sería un argumento razonable, especialmente teniendo en cuenta los hechos que las CMH se dividen rápidamente in vitro pero pierden autorrenovación potencial después de unas divisiones ( Ema et al. , 2000 ). Esta noción de auto-renovación favorecida en ausencia de p18 está soportado indirectamente por los datos de otros que demuestran que las células que expresan p18-tienen un aumento en la división asimétrica ( Phelps et al. , 1998 ; Phelps y Xiong, 1998 ; Cunningham y Roussel, 2001 ). El mecanismo de división simétrica favorecida HSC también

puede estar asociada con el aumento de la tasa absoluta de ciclismo HSC. Esta posibilidad no se puede descartar basándose en el estudio actual ( Yuan et al. , 2004 ). Pero la expansión HSC neto sería argumentar en contra de ella como único mecanismo para el aumento de la HSC auto-renovación. Se cree que las decisiones críticas de destino de la célula se realizan durante la fase G1 ( Pardee, 1989 ). Teniendo en cuenta los distintos efectos de estos dos miembros de CKI que actúan sobre diferentes objetivos CDK en la regulación de células madre ( Cheng et al. , 2000a , 2000b ; Parque . et al , 2003 ), es posible proponer un modelo en el que la modulación de una distinta CKI o su clase en una posición específica del ciclo celular puede ser un mecanismo importante para el equilibrio de auto-renovación y diferenciación en las células madre ( Figura 2 ).

Figure 2. Figura 2.

Posibles resultados de aumento de células madre auto-renovación causada por regulación a la baja o alteración de inhibidores específicos del ciclo celular. Modelo I: en condiciones fisiológicas normales, las células madre son inhibidas por abundantes inhibidores del ciclo celular, tales como p21 ( Cheng et al. , 2000b ; Cheng et al. , 2001 ) y células madre de auto-renovación se equilibra con la diferenciación. Modelo II: bajo una manipulación específica, tales como la orientación p18 en la fase G1 temprana, de células madre de auto-renovación se puede aumentar sustancialmente, mientras que las células madre permanecen potencial de diferenciación normal ( Parque et al. , 2003 ). Si se desarrolla un sistema altamente controlable o reversibles, este modelo puede tener implicaciones importantes para el uso terapéutico de las células madre en la regeneración de tejidos. Modelo III: interrupción adicional de inhibidores del ciclo celular, tales como p16 o p15 en células madre junto con la alteración de la diferenciación o la apoptosis puede contribuir a la formación de TSC, lo que conduce la tumorigénesis ( Parque et al. , 2003 ). El tamaño de la zona oscura en la fase G1 indica los niveles de los inhibidores del ciclo celular y la forma irregular en el modelo III indica la interrupción irreversible de inhibidores específicos del ciclo celular hacia la tumorigénesis

Figura y leyenda completa (33 K )

La regulación para el gen p18 y la proteína en las células madre está claro en este momento. Dado el sorprendente resultado de p18 en ausencia de renovación de células madre, sería de gran atractivo para buscar específicamente la relación de p18 con varias de las principales vías de señalización de control de células madre auto-renovación. Los estudios han demostrado que un subconjunto de células osteoblásticas en la médula ósea servir de nichos para regular los números de HSC ( Calvi et al. , 2003 ; Zhang . et al , 2003 ) y los nichos osteoblásticas actuar sobre la célula madre mediante la activación de la vía de Notch 1 ( Varnum-Finney et al. ,

2000 ; Stier . et al , 2002 ), lo que lleva a detener la expansión de células. Por otra parte, otro potente mitógeno de células madre, la señal de Wnt3a actuando a través de la vía-catenina, se puede regular al alza la vía de Notch 1 y HoxB4, un factor de transcripción potente para células madre de auto-renovación ( Austin et al. , 1997 ; Reya . et al , 2003 ; Willert et al. , 2003 ). Los estudios sobre posibles enlaces de los reguladores aguas arriba de la función de células madre y p18, junto con otras CKI, por lo tanto, comenzarán a emerger y proporcionar una mejor comprensión de la red de regulación mayor en las células madre.

La vía de p16-Rb en la regulación de células madre

Una de las vías más estudiados en la regulación del ciclo celular es el de Rb, que interactúa directamente con la ciclina D y las proteínas INK4 a principios de fase G-1 y sirve como una interfaz crítica y inicial entre estímulos mitogénicos y el compromiso destino de la célula después de la división celular . Los ratones deficientes en Rb son defectos no viables y muestran en múltiples tipos de tejidos, incluyendo el linaje hematopoyético ( Clarke et al. , 1992 ; Jacks et al. , 1992 ; Lee . et al , 1992 ). Hematopoyesis deficiente en Rb-/ - ratones indicó que esta proteína podría ser crítico para detener la función celular. Sin embargo, estudios más definitivos en el compartimento de células madre fueron en gran medida excluidas debido a la temprana letalidad del embrión Rb-null. En su lugar, las proteínas INK4 estrechamente asociados con Rb se han estudiado en el contexto de la biología de células madre. Estos estudios incluyen un informe reciente mostró que el IMC-1, un inhibidor de aguas arriba de p16 y p19 ARF (tenga en cuenta que no es el p19 Ink4d ) expresión, es crítico para HSC auto-renovación ( Parque et al. , 2003 ). En la ausencia de Bmi-1, la auto-renovación de HSC o NSC se ve disminuida, un efecto que depende de la expresión de p16 ( Molofsky et al. , 2003 ; Parque . et al , 2003 ). Cabe destacar que, a partir del estudio, p16 mediada sólo parcialmente el efecto de la proteína Bmi-1 en células madre neurales, lo que sugiere que otros CKI pueden participar en el efecto de Bmi-1 en células madre de auto-renovación. Pero si p16 nulo tiene el mismo efecto que p18 nulo hace en HSC auto-renovación, si examinado enérgicamente por los modelos de trasplante de HSC, aún no se ha definido. Más importante, dado el hecho de que p16 o la proteína Rb son inactivados en las células cancerosas con mucha más frecuencia en comparación con otras CKI, sería muy interesante para investigar lo que los papeles fisiológicos de estas proteínas están bajo la homeostasis y la forma diferente estas proteínas pueden contribuir a la formación de TSC bajo insultos oncogénicos (más discusiones a continuación).

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CKIs y TSCs

La comprensión de los mecanismos moleculares de control del ciclo celular en las células madre sería no sólo nos guía para diseñar estrategias racionales para terapias con células madre en medicina regenerativa, sino también ofrecer puntos de vista en el entendimiento molecular de vástago de la tumorigénesis de células implicados. Como los marcadores de superficie celular para TSC sólo han comenzado a ser revelada en unos pocos tipos de tejidos, los datos sobre los papeles de CKI u otros reguladores del ciclo celular no están disponibles en las poblaciones TSC estrictamente definidos. Las discusiones sobre CKIs en TSC aquí se basan en el análisis de las células madre normales, las líneas celulares tumorales, muestras de

tumores primarios y fenotipos de los ratones deficientes en los CKIs. Por lo tanto, todos los puntos son especulativas con pruebas indirectas.

El concepto de TSC

La existencia de TSC se propuso hace varias décadas ( Pardal et al. , 2003 ), pero la caracterización fenotípica de TSC sólo ha ganado soporte experimental en los últimos años. Siguiendo el trabajo sobre la leucemia mieloide aguda humana (AML) ( capo y Dick, 1997 ), se ha informado recientemente de que TSC puede existir también en los tumores sólidos humanos, tales como cáncer de mama ( Al-Hajj y col. , 2003 ) y los tumores cerebrales . Se espera que resultados similares se reportaron en muchos otros tipos de cáncer en los próximos años (datos revisados por otras personas en este número). Un elemento clave del concepto de TSC es aplicar las reglas básicas de la biología de células madre en el contexto del desarrollo y las terapias del cáncer. Por extensión, un tumor es visto como un tejido heterogéneo y regenerativo que es capaz de dejar fuera de competencia a su contraparte normal; TSC es responsable de la iniciación y el mantenimiento de un tejido anormal. Este punto de vista es razonable teniendo en cuenta que las quimioterapias o radioterapias tradicionales pueden reducir el tamaño del tumor, pero a menudo no pueden eradiate completamente. Esta limitación puede atribuirse en parte a la incapacidad de estas terapias convencionales para hacer frente eficazmente TSC embebidos en una masa tumoral dada ( Reya et al. , 2001 ).

Estudios en desarrollo leucemia indican que TSC puede derivar directamente de cualquiera de las HSC o HPCs, sobre la base de los experimentos en los que una proteína específica de fusión oncogénica se transduce en las HSC o HPCs (fenotípicamente definidos Passegue et al. , 2003 ). Sin embargo, la conclusión con respecto a la formación directa de TSC en el nivel de células progenitoras no necesariamente excluye la posible contribución de las células madre a la tumorigénesis en el inicio. La tumorigénesis es un proceso en el que se acumulan múltiples cambios genéticos o epigenéticos, en última instancia, lo que resulta en la consecuencia de un tejido anormal sobre los tejidos normales. En teoría, podría iniciar el desarrollo de tumores de las células madre porque las células madre son el tipo de célula que se auto-renovación para toda la vida en el cuerpo con más probabilidad de estar expuesto a muchos insultos oncogénicos crónicas. En contraste, la mayoría de las células progenitoras son de corta duración con una alta tasa de rotación. Si una célula madre "normal" no se transforma directamente en un TSC, entonces puede transmitir un cierto grado de susceptibilidad a la tumorogénesis en las células progenitoras en función de la historia de insultos oncogénicos que la célula madre ha encontrado. Teniendo en cuenta estas premisas, podemos utilizar gran parte de los conocimientos actuales de la genética molecular o epigenética en la biología del tumor. Por ejemplo, se ha estudiado ampliamente que la interrupción de las dos vías principales supresores de tumores, a saber, las vías de p16-Rb y p53 ARF-, participa en gran medida en el desarrollo de la mayoría de los tipos de cáncer ( Sherr, 2001 ). Sería interesante saber cómo estos eventos críticos pueden manifestarse por TSC sobre insultos oncogénicos causantes. Sin embargo, dado que los TSC son una población de células muy pequeñas en un tejido tumoral heterogénea, como las células madre normales, rareza de TSC ciertamente suponer un reto técnico para nuestra investigación, especialmente en los tumores sólidos.

Relevancia de CKIs a la aparición de tumores en general

En los cánceres humanos, Cip / Kip miembros (p21, p27 y p57) rara vez se encuentran a mutar o silenciadas, pero pueden ser importantes mediadores u objetivos de los supresores tumorales o oncoproteínas. Por ejemplo, p21 es regulado transcripcionalmente por p53 en la detención del ciclo celular. p27 ha demostrado ser un objetivo de varios oncogenes tales como E1A ( Mal et al. , 1996 ) y c-Myc ( Steiner et al. , 1995 ). La menor expresión de la proteína p27 ha sido informado de que se asocia con el pronóstico de muchos tipos de cáncer humano ( Bloom y Pagano, 2003 ). En contraste, el miembro de la familia INK4, p16 y su proteína relacionada con p14 ARF se han definido como los genes supresores de tumores, y se inactivan con frecuencia en los cánceres humanos. Por ejemplo, basado en una encuesta en 4700 casos primarios de la leucemia o linfoma y algunos 320 líneas celulares de leucemia-linfoma continuas, p16 y p15 están frecuentemente suprimen o silenciado por la hipermetilación en sus promotores, en cambio, muy pocos casos tenían p18 o p19 deleción o hipermetilación ( Drexler, 1998 ).

Interestingly, these genetic or epigenetic data in human cancers seem to be at least partially in agreement with the occurrence of tumor development in the mice deficient in CKIs. Curiosamente, estos datos genéticos o epigenéticos en cánceres humanos parecen ser al menos parcialmente de acuerdo con la ocurrencia de desarrollo de tumores en los ratones deficientes en CKI. All the knockout animals except p57-null mice ( Zhang et al. , 1997 ) exhibit normal organ development, but sharply differ in tumor susceptibility. Todos los animales, excepto los ratones knockout p57-nulos ( Zhang et al., 1997 ) muestran el desarrollo normal de los órganos, pero difieren marcadamente en la susceptibilidad del tumor. Therefore, CKIs can be divided into three categories based on the frequency of tumor formation in those knockout mice. Por lo tanto, CKI se pueden dividir en tres categorías basadas en la frecuencia de formación de tumores en los ratones knockout. (1) Tumor suppressors (p16 and p15): Mice lacking p16 have thymic hyperplasia with enhanced mitogenic responsiveness in T cells. (1) supresores tumorales (p16 y p15): Los ratones que carecen de p16 tienen hiperplasia del timo con una mayor capacidad de respuesta mitogénica en las células T. Like p19 ARF deficiency, p16 deficiency is associated with an increased incidence of spontaneous and carcinogen-induced cancers ( Sharpless et al. , 2001 ). Al igual que p19 ARF, deficiencia de p16 se asocia con un aumento de la incidencia de los cánceres espontáneos y inducido por carcinógenos ( Sharpless et al., 2001 ). To a less degree, loss of p15 confers proliferative advantage to the cultured cells and sensitizes these cells to H-ras induced transformation and results in a low incidence of angiosarcomas in the mice ( Latres et al. , 2000 ). Para un menor grado, la pérdida de p15 confiere ventaja proliferativa a las células cultivadas y sensibiliza a estas células a la transformación y los resultados en una baja incidencia de los angiosarcomas en los ratones (H-ras inducida Latres et al., 2000 ). In addition, p15 deficiency also enhances susceptibility to retrovirus-induced AML in mice. Además, la deficiencia de p15 también aumenta la susceptibilidad a retrovirus LMA inducida en ratones. (2) Haplo-insufficient tumor suppressors (p27 and p18): Disruption of both alleles of p27 or p18 gene in mice results in organomegaly with higher cellularity and an increase in the incidence of spontaneous pituitary tumor with advanced age or multiple tumor types in the presence of carcinogens ( Fero et al. , 1996 ; Nakayama et al. , 1996 ; Franklin et al. , 1998 , 2000 ; Bai et al. , 2003 ). (2) supresores de tumores haplo-insuficientes (p27 y p18): Interrupción de ambos alelos de p27 o p18 gen en

ratones resulta en organomegalia con una mayor celularidad y un aumento en la incidencia de tumor en la pituitaria espontánea con la edad avanzada o múltiples tipos de tumores en la presencia de carcinógenos ( Fero et al, 1996. ; Nakayama et al, 1996. ; Franklin et al, 1998. , 2000 ; Bai et al, 2003. ). In addition, p27 or p18 is able to sensitize mice to gamma-irradiation- or chemical carcinogen-induced tumorigenesis ( Fero et al. , 1998 ; Bai et al. , 2003 ). Además, p27 o p18 es capaz de sensibilizar a los ratones a irradiación gamma-o tumorigénesis inducido por carcinógenos químicos ( Fero et al, 1998. ; . Bai et al, 2003 ). (3) Nontumor suppressors (p21 and p19): Unlike other CKIs, p21-null or p19-null mice have a normal life span and do not spontaneously develop tumors ( Brugarolas et al. , 1995 ; Deng et al. , 1995 ; Zindy et al. , 2000 ). (3) no tumorales supresores (p21 y p19): A diferencia de otros CKIs, los ratones p21-p19 nulo o nulo tienen una vida normal y no se desarrollan espontáneamente tumores ( . Brugarolas et al, 1995 ; . Deng et al, 1995 ; Zindy et al., 2000 ). Among the above different groups, there are also specific collaborative effects between some of the CKIs or their related proteins, such as p16 and p19 ARF ( Sharpless et al. , 2004 ) or p27 and p18 ( Franklin et al. , 1998 ) or p15 and p18 ( Latres et al. , 2000 ), indicating the crosstalk of different pathways. Entre los diferentes grupos de más arriba, también hay efectos específicos de colaboración entre algunos de los CKI o sus proteínas relacionadas, tales como p16 y p19 ARF ( Sharpless et al., 2004 ) o p27 y p18 ( Franklin et al., 1998 ) o p15 y p18 ( Latres et al., 2000 ), lo que indica la diafonía de diferentes vías. Together, these results indicate the differential roles of CKIs in cancer development. En conjunto, estos resultados indican las funciones diferenciales de CKI en el desarrollo del cáncer. p16 and p15 are the most relevant CKIs to cancers based on the current data in both humans and mice. p16 y p15 son los más relevantes a CKI cánceres basados en los datos actuales en los seres humanos y ratones. Give the broad expression of CKIs and similar substrates of each CKI subfamily in cell cycle, it is puzzling why these molecules exhibit strikingly different tumor susceptibilities with limited compensatory effects. Dar la amplia expresión de CKI y sustratos similares de cada subfamilia CKI en el ciclo celular, es incomprensible por qué estas moléculas exhiben sorprendentemente diferentes susceptibilidades tumorales con efectos compensatorios limitados.

Potential roles of CKIs in TSC and therapeutic implications Los roles potenciales de CKIs implicaciones en TSC y terapéuticos

The differences of tumor susceptibility in the CKI knockout animals suggest that these proteins may act in different differentiation stages and pathways, thereby intersecting differently with other key pathways involved in tumorigenesis. Las diferencias de susceptibilidad del tumor en los animales knockout de CKI sugieren que estas proteínas pueden actuar en diferentes etapas de diferenciación y las vías, intersección con ello de manera diferente con otras vías de clave implicados en la tumorigénesis. The distinct roles of different CKIs in stem/progenitor cells offer unique insights into to the roles of CKIs in tumorigenesis. Las distintas funciones de los diferentes CKIs en las células madre / progenitoras ofrecen una perspectiva única de los roles de CKIs en la tumorigénesis. If there is a TSC, then the TSC needs to have an increased cell survival or a higher self-renewing potential rate than that of the normal stem cells in a given tissue in order to develop a dominant tumor mass. Si hay un TSC, a continuación, el TSC necesita tener un aumento de la supervivencia celular o un auto-renovación de tasa potencial más alto que el de las células madre normales en un tejido dado con el fin de desarrollar una masa tumoral dominante. Thus, understanding the cell cycle basis underlying self-renewal of

TSCs versus normal stem cells is a key subject in the field. Por lo tanto, la comprensión de la base del ciclo celular subyacente a la auto-renovación de TSC frente a las células madre normales es un tema clave en el campo. Recent studies showed that TSCs and normal stem cells share the mechanisms for self-renewal, such as the Bmi-1 and Estudios recientes mostraron que los TSC y las células madre normales comparten los mecanismos de auto-renovación, tales como la Bmi-1 y -catenin pathways ( Lessard and Sauvageau, 2003 ; Reya et al. , 2003 ; Park et al. , 2004 ). Vías (-catenina Lessard y Sauvageau, 2003 ; Reya et al, 2003. ; . Park et al, 2004 ). p16 and p19 ARF can partially mediate the role of Bmi-1 in the cell cycle of the stem cells ( Molofsky et al. , 2003 ; Park et al. , 2003 ). p16 y p19 ARF puede mediar parcialmente el papel de Bmi-1 en el ciclo celular de las células madre ( Molofsky et al, 2003. ; . Park et al, 2003 ). However, whether the Sin embargo, si el -catenin other self-renewing pathways involve the same downstream cell cycle inhibitors during the cell cycle is not clear. -Catenina otra auto-renovación de vías implican los mismos inhibidores del ciclo celular abajo durante el ciclo celular no está clara.

In an attempt to further demonstrate the different involvements of CKIs in TSC formation, reconstitution experiments with p18-null hematopoietic cells have been followed up for more than 2 years ( Yuan, et al. , 2003 ). En un intento de demostrar aún más las diferentes implicaciones de CKIs en la formación de TSC, experimentos de reconstitución con células hematopoyéticas p18 nulos han sido seguidos por más de 2 años ( Yuan et al., 2003 ). Enhanced self-renewal of p18null-HSC has been sustained without evidence of leukemogenesis at the stem cell level. Auto-renovación mejorada de p18null-HSC se ha mantenido sin evidencia de la leucemia a nivel de células madre. At the later stage, a small percentage of the transplanted mice developed acute T-cell leukemia, but the development of the leukemia involved the methylation of p15 or p16 promoter in addition to the absence of p18. En la etapa posterior, un pequeño porcentaje de los ratones trasplantados desarrolló leucemia aguda de células T, pero el desarrollo de la leucemia implicó la metilación de p15 o p16 promotor además de la ausencia de p18. Interestingly, HSCs isolated from these leukemic mice did not readily transfer the leukemic phenotype in the secondary recipients. Curiosamente, las CMH aislados de estos ratones leucémicos no transferir fácilmente el fenotipo leucémico en los receptores secundarios. These results support a notion that increased stem cell self-renewal by the downregulation of p18 is not sufficient to cause leukemia and the disruption of p16 or p15 may set the stage of forming the leukemia stem cells to outcompete the normal hematopoiesis ( Figure 2 ). Estos resultados apoyan la idea de que el aumento de células madre de auto-renovación por la regulación a la baja de p18 no es suficiente para causar la leucemia y la interrupción de p16 o p15 puede ajustar la fase de la formación de las células madre de la leucemia competir directamente con la hematopoyesis normal ( Figura 2 ). These data, together with our studies about the physiological roles of p21 and p27 described above, pose an intriguing possibility that normal and TSCs favor different downstream mediators such as different CKIs. Estos datos, junto con los estudios sobre las funciones fisiológicas de p21 y p27 descritos anteriormente, plantean una posibilidad intrigante que normales y TSC a favor de diferentes mediadores abajo como diferentes CKIs. Targeting some less tumor-prone CKI genes might be a worthwhile approach for stem cell expansion as indicated in previous studies ( Antonchuk et al. , 2002 ; Krosl et al. , 2003 ; Stier et al. , 2003 ). Orientación de algunos genes de CKI menos propensas a tumor podría ser un enfoque valioso para la expansión de células

madre, como se indica en los estudios anteriores ( Antonchuk et al, 2002. ; Krosl et al, 2003. ; . Stier et al, 2003 ). We must, however, bear in mind that 'benign gene' in tumorigenesis is a relative term and many genes can contribute to cancer development depending on the actual context. Debemos, sin embargo, tener en cuenta que "gen benigna" en la tumorigénesis es un término relativo y muchos genes pueden contribuir al desarrollo del cáncer en función del contexto actual. The long-term effect of modifying these genes or gene products should be carefully examined and must be in a regulatable manner in order to develop a clinically acceptable protocol. El efecto a largo plazo de la modificación de estos genes o productos génicos se debe examinar cuidadosamente y debe ser de una manera regulable con el fin de desarrollar un protocolo clínicamente aceptable.

Future studies on TSC will focus on the following questions. Los estudios futuros sobre TSC se centrarán en las siguientes preguntas. How do different CKIs respond to the upstream signaling pathways such as Hox proteins, Wnt- ¿Cómo los diferentes CKIs responden a las vías de señalización aguas arriba como las proteínas Hox, Wnt- -catenin, Notch-1, and Bmi-1? -Catenina, Notch-1, y Bmi-1? Is there a common cell cycle switch in different stem cell populations? ¿Hay un cambio del ciclo celular común en diferentes poblaciones de células madre? How different is the switch in normal and TSCs? ¡Qué diferente es el interruptor en condiciones normales y TSC? For those relatively 'benign' CKIs such as p21 or p18, to what extent can we target or express the molecule for normal stem cell expansion without the occurrence of tumorigenesis? Para aquellos CKIs relativamente "benigna", como p21 o p18, en qué medida podemos orientar o expresar la molécula de expansión de células madre normales y sin la presencia de la tumorigénesis?

Palabras de clausura

Las funciones esenciales de los inhibidores del ciclo celular, particularmente CKIs diferentes, representan una interfaz de señales extracelulares complejas y su transducción en la regulación de células madre. Los diferentes miembros de las subfamilias de CKI juegan papeles distintos en poblaciones de células madre o progenitoras. La función de la diferente CKI parece ser altamente diferenciación-etapa específica y confiere un importante nivel de regulación en las células madre o progenitoras para mantener la homeostasis. Los modelos de ratones deficientes en p21, p27 y p18 han ofrecido herramientas únicas para el estudio de la quiescencia celular, la capacidad de repoblación tallo o de auto-renovación. Efectos de cooperación entre los miembros de las dos subfamilias CKI es probable, dada la evidencia de la interacción entre el presupuesto ordinario y las vías de p53. ¿Cómo los CKIs ejercen efectos distintos y las vías que convergen en estos reguladores son los sujetos de los estudios en curso y serán potencialmente proporcionar más conocimientos para la manipulación de las células madre y progenitoras. Mientras que los papeles distintos para estas CKI se han definido en gran medida en las células hematopoyéticas, varias líneas de evidencia sugieren que estas distinciones se pueden conservar a través de tallo y piscinas progenitoras a partir de diferentes tejidos adultos, ofreciendo así una plataforma para los futuros esfuerzos terapéuticos basados en la similitud molecular de control del ciclo celular. Cabe señalar que las células madre embrionarias de ratón no han mostrado las mismas características del ciclo celular como las poblaciones de células madre adultas ( Aladjem et al, 1998. ; . Burdon et al, 2002 ) por lo que el contenido descrito en este artículo no se aplicarán a ES las células. Además, el éxito final de manipulaciones terapéuticas de las células madre en medicina regenerativa también requerirá una mayor comprensión de la interacción entre las células madre y microambiente ("nicho") a través de los circuitos de señalización y la progresión del ciclo celular que participa en la consecución de auto-renovación ( Calvi et al., 2003 ).

Descubrir los mecanismos de control del ciclo celular subyacente de células madre de autorrenovación finalmente conducirá a un mayor conocimiento de la biología de células madre, proporcionando así nuevas estrategias para la regeneración del tejido normal, tumorigénesis y posiblemente terapias tumorales. Sin embargo, el control del ciclo celular es sólo uno de los aspectos importantes de la biología TSC. Las divisiones de auto-renovación de células madre deben ser equilibradas fisiológicamente con la muerte celular o la diferenciación. Si un tumor se origina a partir de la transformación de una célula normal, a continuación, el TSC debe requerir un potencial de auto-renovación competitiva junto con una disminución de la muerte celular o un programa de diferenciación alterado con el fin de competir directamente con la contraparte normal. Además, debe haber un microambiente local apropiada (elementos de células del estroma que pueden estar alteradas o "nichos" para TSC) y la vascularización de nuevo desarrollo para cultivar el crecimiento del tumor. Por último, TSC también deben adquirir la capacidad de eludir el sistema inmune del cuerpo. Sin embargo, el control del ciclo celular desregulado debe ser uno de los pasos fundamentalmente intrínsecas que conducen a la tumorigénesis TSC-derivado ( Figura 2 ). Una mayor comprensión de la coordinación de la regulación del ciclo celular con la diferenciación celular y la supervivencia en células madre bajo las señales fisiológicas o insultos oncogénicas es una cuestión central en la biología TSC, así como la regeneración de tejidos. La respuesta a esta pregunta será maximizar nuestra capacidad de expandir las células madre para la regeneración del tejido normal, y al mismo tiempo evitar que las células madre normales se conviertan en cancerosas o eliminar selectivamente las células madre malignas. ¿Suena demasiado bueno para ser verdad? Una vez que sabemos el límite molecular entre normal y TSC y tienen la capacidad de manipular los circuitos clave, se convertirá en una realidad!