Como ya se mencionó en este sitio, las células troncales de los tejidos adultos son una población celular con capacidades de autorrenovación y de originar células programadas hacia linajes de diferenciación específicos (1, 2). Entre las propiedades que distinguen a las células troncales somáticas podemos mencionar su capacidad de dividirse asimétricamente, su alto potencial proliferativo, su baja frecuencia de paso a través del ciclo celular, y su estado “no diferenciado”, es decir su baja o nula expresión de marcadores moleculares asociados al fenotipo especializado (2). Asimismo, se considera que están alojadas en un sitio anatómico protegido del efecto de agentes químicos o físicos que puedan alterarlas, o bien poseen características que las resguardan de estos elementos potencialmente peligrosos para la sobrevida del individuo (3). Ejemplos de estos microambientes protegidos (conocidos por algunos autores como nichos) son la médula ósea para el tejido hematopoyético, el folículo piloso y los rete-ridges o rete-pegs de la epidermis y las mucosas, o bien, las criptas de las vellosidades intestinales (3).
A pesar de estas cualidades, las células troncales son extremadamente difíciles de aislar dado que las proteínas que se han identificado como sus posibles marcadores moleculares también se expresan en células que atraviesan por etapas muy tempranas del programa de diferenciación. Por ello, los métodos para separarlas consideran varias de estas propiedades y, sobre todo, la expresión de numerosos marcadores moleculares que faciliten la obtención de subpoblaciones celulares que reúnan estas características.
En el caso del epitelio que recubre a los intestinos, se considera que la organización de la población de células proliferativas en la vellosidad intestinal es una referencia esencial para proponer la existencia, localización y abundancia de las células troncales en este tejido. De esta manera, estudios cinéticos determinaron que las células troncales se localizan en las criptas de la vellosidad intestinal, son pluripotentes y dan origen a cuatro tipos celulares: i) las células epiteliales columnares o enterocitos, que constituyen la subpoblación más numerosa; ii) las células caliciformes que secretan el mucus que recubre al epitelio; iii) las células de Paneth, que participan en la defensa y protección del tracto digestivo (4) y las iv) células enteroendócrinas que son sensores de nutrientes y secretan hormonas peptídicas que regulan la digestión, la motilidad intestinal y la ingesta de alimentos (5). Más aún, estos estudios permitieron calcular que su número varía entre 4 y 16 células/cripta en condiciones normales (6).
La caracterización posterior, llevó a identificar como células troncales putativas a aquellas poblaciones que se localizan en la posición +4 de la cripta intestinal, por debajo de esta posición se encuentran las células de Paneth, que están terminalmente diferenciadas. Entre las evidencias que favorecieron esta ubicación están los estudios de retención de marca por las células que atraviesan el ciclo celular con una muy baja frecuencia (4) (ver Figura 1A). Alternativamente, basados en consideraciones morfológicas y en técnicas de marcaje clonal, otros investigadores propusieron que las células troncales del epitelio intestinal se localizaban en la base de la cripta, apretujadas entre las células de Paneth (7, 8). A éstas, por sus características, se les llama células columnares de la base de la cripta (o CBC por su abreviatura en inglés).
Puesto que es necesario un marcador específico para localizar e identificar a las células troncales intestinales, diversos grupos intentaron distinguir alguna molécula que pudiera servir para este fin. De esta manera, el grupo encabezado por Hans Clevers de la Universidad de Utrecht en Holanda, se dedicó a reconocer las moléculas que fueran blanco de la ruta de señalización de Wnt, que es esencial para el mantenimiento de la cripta intestinal, y cuya alteración conduce a desórdenes proliferativos en este tejido, como ocurre en el cáncer colorrectal. Dicho trabajo culminó en la identificación de un gene denominado Lgr5, que se expresa en las CBC (9).
Estudios posteriores indicaron que las células que expresan Lgr5 (Lgr5+) se comportan como células troncales en condiciones homeostáticas, aunque esta población no incluye a las células que retienen marca (característica considerada como esencial para las células troncales). De esta manera, el concepto actualmente aceptado consiste en una población de células troncales Lgr5+ situada en la base de la cripta y hasta la posición +4 de la misma, con la subsecuente proliferación y diferenciación de su progenie hacia el ápice de la vellosidad, para su posterior desprendimiento y apoptosis en la luz del intestino (Figura 1B).
A pesar de la evidencia acumulada, resultados publicados recientemente por el grupo liderado por la Dra. Kelley S Yan en la Universidad Columbia en Nueva York han abierto el campo para una nueva controversia sobre el sitio de alojamiento de las células troncales del intestino (10). Este grupo llevó a cabo una eliminación selectiva de las células Lgr5+ por tratamiento con toxina de la difteria en ratones C57BL/6, y de manera contraria a lo esperado, el epitelio no tuvo alteraciones estructurales ni funcionales, lo que sugirió que las células Lgr5+ no son las células troncales del tejido.
En cambio, estos autores encontraron que existe una población de células intestinales que expresa el marcador denominado “fibroblast growth factor binding protein 1” o Fgfbp1, con alto potencial proliferativo, capaz de regenerar la población de células Lgr5+ y con la habilidad de originar células diferenciadas que migran tanto hacia la base de la cripta como hacia el ápice de la vellosidad intestinal, dando origen a los linajes celulares característicos del epitelio (10). De manera muy importante, al noquear la expresión de Fgfbp1 la arquitectura intestinal se desorganiza y provoca que se pierdan las criptas intestinales y la infiltración del intestino por células inmunes. Más aún, la falta de Fgfbp1 promueve una disminución de la proliferación y la pérdida completa de las CBC y de las células Lgr5+.
Se preguntará el lector: “¿y entonces? ¿Dónde se localizan las células troncales intestinales? El mapeo de Fgfbp1 sugiere que las células troncales se encuentran en la porción superior de la cripta intestinal, desde la posición +4 a la +13 (ver referencia 10).
Estos resultados generan un nuevo modelo de regeneración del epitelio intestinal basado en esta población de células Fgfbp1 multipotenciales, capaces de migrar bidireccionalmente dando origen a las células de Paneth y a las células Lgr5+ que se alojan en la base de la cripta; y por otra parte, al migrar hacia el ápice de la vellosidad intestinal, original a las células caliciformes, a las células enteroendócrinas, y por supuesto, a los enterocitos (ver Figura 1C).
Queda abierta la controversia……….
Figura 1. Tres modelos que muestran la posible localización de las células troncales del epitelio intestinal. (A) Localización en la posición 4-5, de acuerdo con lo propuesto por Christopher Potten (1975) con base a estudios cinéticos de la población de células intestinales; (B) Modelo propuesto por Hans Clevers y colaboradores (2007), en el que las células troncales se encuentran en la base de la cripta, entre las células de Paneth, distinguiéndose por la expresión del marcador Lgr5. (C) Localización propuesta por el grupo de Kelley Yan, basado en la expresión del marcador molecular Fgfbp1 (2024)
Lecturas sugeridas:
1. Kuri-Harcuch, W. (2009). Las células madre o troncales.. Octubre 23, 2009.
2. Castro-Muñozledo, F. (2011). ¿Existen marcadores específicos para detectar células troncales? Octubre 10, 2011.
3. Gabr, H.M. El-Kheir, W.A. (2023). Anatomy and Histology. in Stem Cell Therapy, In: Chapter 2: Stem Cell Therapy: Practical considerations. Academic Press.
4. Potten, C.S. (1975). Kinetics and possible regulation of crypt cell populations under normal and stress conditions. Bull Cancer. 62(4):419-430.
5. Gribble, F.M., Reimann, F. (2019). Function and mechanisms of enteroendocrine cells and gut hormones in metabolism. Nat Rev Endocrinol 15:226–237.
6. Potten, C.S., Morris, R.J. (1988). Epithelial stem cells in vivo. J Cell Sci Suppl. 10:45-62.
7. Bjerknes, M., Cheng, H. (1981). The stem-cell zone of the small intestinal epithelium. I. Evidence from Paneth cells in the adult mouse. Am. J. Anat. 160:51-63.
8. Bjerknes, M., Cheng, H. (1981). The stem-cell zone of the small intestinal epithelium. III. Evidence from columnar, enteroendocrine, and mucous cells in the adult mouse. Am. J. Anat. 160:77-91.
9. Barker, N., van Es, J.H., Kuipers, J., Kujala, P., Van Den Born, M., et al. (2007). Identification of stem cells in small intestine and colon by marker gene Lgr5. Nature 449:1003-1007.
10. Capdevilla, C., Miller, J., Cheng, L., Kornberg, A., George, J.J., Lee, H., Botella, T., Moon, C.S., Murray, J.W., Lam, S., Calderon, R.I., Malagola, E., Whelan, G., Lin, CS., Han, A., Wang, T.C., Sims, P.A., Yan, K.S. (2024). Time-resolved fate mapping identifies the intestinal upper crypt zone as an origin of Lgr5+ crypt base columnar cells. Cell 187:3039-3055.
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