Figuras de la Genética: Shinya Yamanaka

Rubén Megía González, Genotipia

¡Hola GenoLovers! El día 4 de septiembre fue el aniversario del nacimiento de uno de los científicos galardonados con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina del año 2012: el médico japonés Shinya Yamanaka. Sin sus trabajos no podríamos, posiblemente, generar células madre pluripotentes inducidas (iPSC), unos modelos celulares importantísimos en la investigación de diferentes enfermedades genéticas raras. Por ese motivo, hoy os vamos a contar su historia. ¿Quieres saber más? ¡Sigue leyendo!

Infancia y primeros estudios

Shinya Yamanaka nació el 4 de septiembre de 1962 en la ciudad de Higashiōsaka, en la Prefectura de Osaka, Japón. Fue el segundo hijo del matrimonio de Shozaburo Yamanaka, ingeniero que dirigía una pequeña empresa que elaboraba componentes de maquinaria y Minako Yamanaka, quien ayudaba a su marido a dirigir su empresa. Tal y como el propio Yamanaka explica en su biografía de los Premios Nobel, de pequeño quiso seguir los pasos de su padre y ser ingeniero como él. Yamanaka explica que su padre tuvo una gran influencia en su desarrollo personal y profesional.

higashiosaka, japón

En su adolescencia, Yamanaka comenzó sus estudios en el Tennoji Junior High School, donde comenzó a desarrollar interés en el judo, actividad que continuó practicando hasta la universidad, donde tuvo que dejarlo debido a una lesión. También comenzó a interesarse por la música. Tanto fue así que formó un grupo de música con varios compañeros de clase, al que llamaron “Karesansui” (en japonés, se llama así a los “jardines zen”). 

Años más tarde, en 1981, Yamanaka comenzó sus estudios como médico en la Facultad de Medicina de la Universidad de Kobe, amparado por su padre, quien deseaba que su hijo tuviese un trabajo más estable que el que él le podía ofrecer. Allí, Yamanaka se interesó por la cirugía ortopédica entre todas las ramas de la Medicina.

Un giro de guión inesperado

Tras graduarse como Médico en 1987, Yamanaka fue admitido como residente en el Hospital Nacional de Osaka. Poco después, contrajo matrimonio con su actual esposa, Chika Yamanaka, a quién conoció años antes en el instituto. 

Durante su estancia en el Hospital Nacional de Osaka, el joven médico trabajó duramente, pero sus ilusiones por especializarse como cirujano fueron mermando conforme se dio cuenta que la práctica clínica no era lo suyo. Entonces, tomó la decisión de convertirse en investigador y ayudar a los pacientes desde la retaguardia.

Con el objetivo de dedicarse a la investigación, Yamanaka comenzó sus estudios de doctorado en 1989, en la Facultad de Medicina de la Universidad de la Ciudad de Osaka. Allí, trabajó en el laboratorio de Kenjiro Yamamoto, donde participó en diferentes proyectos junto a su mentor, el investigador Katsuyuki Miura. En ese momento, el joven investigador comenzó a interesarse en la transgénesis, es decir, la transferencia artificial de genes entre diferentes organismos.

El trabajo tras la tesis doctoral

Una vez finalizado el doctorado en 1993, Yamanaka envió solicitudes de colaboración a muchos de los laboratorios que trabajaban, en ese entonces, con ratones transgénicos. Su búsqueda de laboratorio finalizó cuando recibió una llamada del biólogo estadounidense Thomas Innerarity, quien le invitó a colaborar con él en el Instituto Gladstone de Enfermedades Cardiovasculares en San Francisco, EE.UU. Yamanaka aceptó la oferta y se mudó junto a su mujer y sus dos hijas, Mika y Miki, a los Estados Unidos.

de Japón a EEUU

En el laboratorio de San Francisco, Yamanaka estuvo trabajando con ratones transgénicos y tuvo la oportunidad de mejorar su conocimiento en biología molecular. Durante su trabajo en Gladstone, Yamanaka y sus compañeros identificaron APOBEC1 como un protooncogen en modelos de ratón y comenzó a interesarse en la proteína Nat1, que había demostrado estar relacionada con la carcinogénesis en ratones con sobreexpresión de APOBEC1.

Sin embargo, la estancia de Yamanaka en América terminó pronto. En 1996, su mujer y sus dos hijas volvieron a Japón y, poco después, el investigador las acompañó, pues las echaba de menos. En Osaka, Yamanaka consiguió un puesto como profesor asistente en el Departamento de Farmacología de la Facultad de Medicina de la Universidad de la Ciudad de Osaka y continuó trabajando con Thomas Innerarity. Gracias a la colaboración con el laboratorio de Innerarity, Yamanaka logró encontrar relación entre el gen Nat1 y la diferenciación celular.

El laboratorio de Yamanaka en el NAIST

A finales de 1999, Yamanaka consiguió su propio laboratorio en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Nara (NAIST, por sus siglas en inglés), donde continuó con sus trabajos con ratones knockout. Además, fijó un objetivo claro para su laboratorio: encontrar una forma de reprogramar células diferenciadas para que volviesen a ser células pluripotentes. Y es que en ese momento, obtener células pluripotentes se obtenían a partir de embriones y esto planteaba ciertos problemas éticos en caso de células humanas.

La reprogramación celular no era una idea loca de Yamanaka. Diferentes experimentos, como el que permitió el nacimiento de la oveja Dolly, ya habían demostrado que en las células somáticas se encuentra toda la información necesaria para generar todos y cada uno de los tipos celulares de un individuo completo.

Con el objetivo de encontrar una forma de desdiferenciar las células somáticas, Yamanaka comenzó a buscar moléculas que tuviesen una especial relevancia en el desarrollo de las células madre embrionarias. En 2004, Yamanaka y su equipo ya habían identificado más de 20 factores genéticos con potencial para inducir la pluripotencia en células somáticas. ¡Ya estaba casi!

En busca de las iPSC

El NAIST no disponía de ningún hospital ni facultad de medicina asociado y Yamanaka no podía plantear sus experimentos en células madre embrionarias humanas. Por ese motivo, el investigador decidió trasladar su laboratorio a la Universidad de Kyoto, la única en todo Japón que había logrado cultivar células embrionarias humanas con éxito.

En el laboratorio de Kyoto, Yamanaka y su equipo probaron los 24 genes candidatos para la reprogramación celular en células de ratón y determinaron que únicamente 4 de ellos eran esenciales para lograr la pluripotencia en células somáticas. Estos cuatro factores, Oct4, Sox2, Klf4 y c-Myc, a los que se conoce como “cóctel de Yamanaka” son los que Yamanaka y su equipo utilizaron para generar las primeras células madre pluripotentes inducidas a partir de células somáticas de ratón (iPSC, por sus siglas en inglés). 

cóctel de yamanaka

Los resultados de las investigaciones de Yamanaka y su equipo fueron publicados en 2006 en la revista Cell. Esto supuso una revolución en el mundo de la biología molecular, ya que permitió a muchos científicos de todo el mundo obtener iPSC para sus experimentos.

La “carrera” hacia la obtención de iPSC a partir de células somáticas humanas

Tras la publicación del artículo de Yamanaka y su equipo, comenzó una “carrera” por ver quién conseguía conseguir reprogramar, por primera vez, células somáticas humanas. El equipo de Yamanaka consiguió hacerlo en noviembre de 2007, pero no fueron los únicos. El biólogo estadounidense James Thomson y su equipo de la Universidad de Wisconsin-Madison anunciaron, el mismo día, que habían logrado iPSC a partir de células somáticas humanas con cuatro factores diferentes a los de Yamanaka.

cóctel de thomson

A partir de entonces, Yamanaka no ha parado de recibir galardones. En 2008, se le otorgó el Premio Shaw por sus investigaciones, premio al que siguieron muchísimos otros reconocimientos, como el March of Dimes Prize in Developmental Biology o el Wolf Prize in Medicine. En 2012, Yamanaka finalmente fue galardonado con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina junto al biólogo británico John Gurdon, por sus investigaciones sobre la transformación de células somáticas en células pluripotentes

Actualmente, Shinya Yamanaka ejerce como profesor de Anatomía en la Universidad de California en San Francisco, a la vez que continúa con sus investigaciones en el Instituto Gladstone de Enfermedades Cardiovasculares y en la Universidad de Kyoto. Yamanaka, además, es el Director del Centro para la Aplicación e Investigación de iPSC (CiRA).

Y bien, hasta aquí el post de esta semana. Esperamos que hayáis aprendido acerca de la historia de Shinya Yamanaka y de cómo sus investigaciones le llevaron a descubrir las iPSC. Si quieres conocer mejor cómo son utilizadas estas células en la investigación de enfermedades genéticas, no te puedes perder nuestro curso “Edición del Genoma mediante CRISPR y células madre pluripotentes inducidas en la investigación de enfermedades genéticas”. ¡Nos leemos en el siguiente post!

 

Enlaces de Interés:

Shinya Yamanaka. Biographical: https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2012/yamanaka/biographical/

Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell. 2006 Aug 25;126(4):663-76. doi: 10.1016/j.cell.2006.07.024.

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