_ Gradul de aglomerare celulară la începutul embrionului uman influențează decizia identității celulelor, noul sistem de cultură constată

Cercetări efectuate de Dr. Shota Nakanoh într-o colaborare între laboratorul Dr. Teresa Rayon de la Institut și laboratorul profesorului Ludovic Vallier de la Wellcome-MRC Cambridge Stem Cell Institute a stabilit că gradul de aglomerare celulară în embrionul uman timpuriu influențează dacă celulele se dezvoltă ca celule extraembrionare sau devin parte a embrionului și în cele din urmă dau naștere pielii, părului și unghiilor.

Cercetarea este publicată în numărul actual al Science Advances.

Combinând noua metodă de cultură cu cultura tridimensională și analiza de secvențiere a ARN-ului unicelular, dr. Nakanoh, cercetătorul principal al proiectului, a folosit celule stem pluripotente (hPSC) pentru a afla mai multe despre cum apar ectodermele amniotice și de suprafață în embrionii umani în jurul gastrulației (la aproximativ două săptămâni după fertilizare).

Ectodermul amniotic este un singur strat celular care formează membrana care înconjoară embrion în curs de dezvoltare. De asemenea, oferă semnale esențiale pentru dezvoltarea embrionului uman; cu toate acestea, modul în care apare membrana amniotică la om nu este încă pe deplin cunoscut.

Ectodermul de suprafață este o foaie densă de progenitori epidermici, care dă naștere la acoperirea suprafeței corpului, cum ar fi pielea, și caracteristicile asociate ale dinților, părului și unghiilor. Producția sa artificială este de interes medical, astfel încât tehnologiile de generare a acesteia ar putea fi îmbunătățite.

Celulele amniotice și ectodermele de suprafață sunt specializate într-un stadiu incipient de dezvoltare și au în mare parte caracteristici biologice, cum ar fi modelele de expresie genetică și semnalul. cerințe. A fost un mister de ce aceste țesuturi distincte sunt atât de asemănătoare și cum se diferențiază în timpul dezvoltării.

Dr. Nakanoh a personalizat condițiile de cultură pentru hPSC și a constatat că suplimentele Activin A, BMP4, un inhibitor GSK3-beta și un inhibitor MEK au promovat diferențierea lor în ectodermul amniotic. Folosind o tehnică de co-cultură pentru a forma agregate celulare, el a putut confirma capacitatea celulelor ectodermice amniotice generate de a iniția gastrulația. De asemenea, analiza de secvențiere a ARN-ului cu o singură celulă a sugerat calea de diferențiere a ectodermului amniotic, unde genele ectodermului de suprafață sunt exprimate înainte de activarea programului de gene a ectodermului amniotic.

Compararea datelor despre expresia genelor cu datele publice de la embrionii de primate. la stadii de dezvoltare comparabile, efectuate cu expertiza Dr. Irina Mohorianu, Șef Bioinformatică la CSCI, a validat tipurile de celule generate în sistemul de cultură, demonstrând asemănarea acestora cu țesuturile embrionare corespunzătoare. Mai mult, calea de dezvoltare prin starea ectodermului de suprafață până la starea ectodermului amniotic a fost observată și la embrionii de primate.

Vital, dr. Nakanoh a identificat că distincția dintre cele două tipuri de celule depinde de densitatea celulară; unde celulele devin ectoderm amniotic în condiții rare. În schimb, cultivarea de înaltă densitate a condus la celule care au exprimat markeri pentru ectodermul de suprafață, dar nu ectodermul amniotic. Aceste celule au fost, de asemenea, capabile să se diferențieze într-un tip de celule epidermice din aval, keratinocite, care reprezintă un tip de celule cheie în piele. Cercetătorii au testat variații ale mediilor de cultură, dar densitatea celulară a fost singurul factor care a influențat alegerea destinului celular între ectodermul amniotic și ectodermul de suprafață.

Echipa de cercetare a mai descoperit că noul sistem de cultură produce celule precum mezodermul extraembrionar. , care nu este încă bine caracterizat la embrionii umani.

Dr. Shota Nakanoh, cercetător postdoctoral în laboratorul Rayon, a spus: „Amnionul protejează embrionul și oferă indicii cheie de dezvoltare, în timp ce ectodermul de suprafață contribuie la o parte substanțială a corpului adult. Ambele tipuri de celule sunt de mare interes clinic și sunt elemente importante pentru succesul în modele vitro pentru embrioni umani.Deși există protocoale de diferențiere a celulelor de ectodermele amniotice sau de suprafață, cercetătorii nu au reușit să facă o distincție clară între aceste tipuri de celule.Descoperirile noastre despre densitatea celulară ca regulator cheie umple această lacună de cunoștințe și facilitează astfel. să fim mai siguri despre generarea tipurilor de celule de interes.”

Aplicând acest efect de aglomerare celulară înapoi la embrionul uman în curs de dezvoltare, cercetătorii propun modul în care aceste țesuturi similare sunt diferențiate în embrionul pre-gastrulare, unde ectodermul amniotic apare ca o foaie liberă cu un număr relativ mic de celule, în timp ce ectodermul de suprafață se formează ca o foaie densă continuă de celule.

O metodă pentru a specifica corect formarea amnionului este importantă pentru a putea recapitula embrionul uman. dezvoltarea cât mai aproape posibil folosind modele de embrioni bazate pe celule stem. Aceste modele sunt din ce în ce mai folosite pentru a explora dezvoltarea umană dincolo de limitele tehnice și de reglementare care guvernează cercetarea pe embrioni umani.

Dr. Rayon, lider de grup în cadrul programului de cercetare Epigenetică al Institutului, a declarat: „Abia recent am început să explorăm generarea de amnios în timpul dezvoltării umane. Aceste descoperiri ne avansează înțelegerea cu privire la modul de a genera celule extra-embrionare în laborator in vitro. , și aruncă lumină asupra mecanismelor care conduc la formarea tipurilor de celule în etapele care corespund „cutiei negre” ale dezvoltării umane. Având în vedere interesul crescând pentru utilizarea modelelor de embrioni de celule stem ca proxy ai embrionilor umani, această lucrare oferă mai multe cunoștințe. pentru generarea de modele integrate de succes.”

Prof. Vallier, acum profesor de celule stem în terapii regenerative la Institutul de Sănătate din Berlin de la Charité (BIH), a adăugat: „Sistemul nostru de cultură generează, de asemenea, mezoderm extraembrionar, un alt țesut care nu a fost studiat bine în embrionii umani. Va oferi o mai bună înțelegere a dezvoltarea umană și ar putea îmbunătăți cunoștințele noastre despre bolile care afectează primul pas al vieții fetale. Această lucrare deschide, de asemenea, ușa pentru noi studii privind rolul densității celulare în decizia destinului celular."

(Fluierul)