_ Dezvăluirea misterelor lui diviziunea celulară la embrioni cu fotografiere timelapse

Începutul vieții este învăluit în mister. În timp ce dinamica complicată a mitozei este bine studiată în așa-numitele celule somatice - celulele care au o funcție specializată, cum ar fi pielea și celulele musculare - ele rămân evazive în primele celule ale corpului nostru, celulele embrionare. Mitoza embrionară este notoriu dificil de studiat la vertebrate, deoarece analizele funcționale vii și imagistica embrionilor experimentali sunt limitate din punct de vedere tehnic, ceea ce face dificilă urmărirea celulelor în timpul embriogenezei.

Cu toate acestea, cercetătorii de la Cell Division Dynamics Unit de la Institutul de Știință și Tehnologie din Okinawa (OIST) au publicat o lucrare în Nature Communications, împreună cu profesorii Toshiya Nishimura de la Universitatea Hokkaido (anterior la Universitatea Nagoya), Minoru Tanaka de la Universitatea Nagoya, Satoshi Ansai de la Universitatea Tohoku (în prezent la Universitatea Kyoto) , și Masato T. Kanemaki de la Institutul Național de Genetică.

Studiul face primii pași majori pentru a răspunde la întrebările despre mitoza embrionară, datorită unei combinații de tehnici noi de imagistică, tehnologiei de editare a genomului CRISPR/Cas9, un sistem modern de reducere a proteinelor și medaka, sau pește de orez japonez (Oryzias latipes).

Timelapse-urile pe care le-au produs ajută la răspunsul la întrebări fundamentale despre procesul complicat de împărțire egală a cromozomilor în timpul mitozei embrionare și simultan. trasează următoarea frontieră a explorării științifice. Așa cum profesorul Tomomi Kiyomitsu, autorul principal al studiului, descrie timelapse-urile, spunând: „Sunt frumoși, atât pe cont propriu, cât și pentru că pun o nouă bază pentru elucidarea mitozei embrionare.”

Principalul misterului. mitoza embrionară este pasul crucial când cromozomii, care conțin toată informația genetică a celulei, sunt aliniați și segregați în mod egal în celule fiice. Un jucător cheie în acest proces este fusul mitotic, care este format din microtubuli - fibre proteice lungi utilizate pentru structura și transportul intracelular - care radiază de la polii opuși ai fusului și se atașează de cromozomii din mijloc. Fusul captează cromozomii duplicați în mod corespunzător și îi segrega în mod egal în celulele fiice în timpul diviziunii.

Există mulți factori care determină formarea fusului, iar unul dintre aceștia este proteina Ran-GTP, care joacă un rol esențial în celule. diviziunea celulelor reproducătoare feminine, cărora le lipsesc centrozomii - organele celulare responsabile de asamblarea microtubulilor - dar nu în celulele somatice mici, care au centrozomi. Cu toate acestea, nu a fost de mult timp clar dacă Ran-GTP este necesar pentru asamblarea fusului la embrionii timpurii de vertebrate, care conțin centrozomi, dar au caracteristici unice, cum ar fi o dimensiune mai mare a celulei.

Spre deosebire de embrionii timpurii de mamifere, embrionii celulele din pești sunt transparente și se dezvoltă sincron într-o foaie uniformă, cu un singur strat de celule, ceea ce le face semnificativ mai ușor de urmărit. Medaka s-a dovedit a fi deosebit de potrivită pentru cercetători, deoarece acești pești tolerează o gamă largă de temperaturi, produc ouă zilnic și au un genom relativ mic.

A fi tolerant la temperatură înseamnă că medaka celulele embrionare ar putea supraviețui la temperatura camerei, făcându-le deosebit de potrivite pentru fotografierea timelapse lungă, în direct.

Faptul că medaka produce ouă frecvent și au o dimensiune relativ mică a genomului le face candidați buni pentru CRISPR/Cas9 mediate. editarea genomului. Cu această tehnologie, cercetătorii au creat medaka modificate genetic sau transgenice ale căror celule embrionare evidențiază literalmente dinamica anumitor proteine ​​implicate în mitoză.

În studierea intervalelor de timp ale fusului mitotic în curs de dezvoltare în embrionii medaka transgenici vii, cercetătorii au descoperit că embrionii timpurii mari asamblează fusuri unice diferite de fusurile somatice. În plus, Ran-GTP joacă un rol decisiv în formarea fusului în diviziunile embrionare timpurii, dar importanța scade în embrionii în stadiul ultim. Acest lucru se datorează, probabil, deoarece structura fusului este remodelată pe măsură ce celulele devin mai mici în timpul dezvoltării, deși motivul exact este un subiect pentru cercetări viitoare.

Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că celulele embrionare timpurii nu au un ansamblu fus dedicat. punct de control, care caracterizează majoritatea celulelor somatice și care servește pentru a se asigura că cromozomii sunt aliniați corespunzător înainte de segregare.

Așa cum spune profesorul Kiyomitsu, „Punctul de control nu este activ și totuși segregările cromozomilor sunt încă foarte precise. Acest lucru ar putea fi explicat prin faptul că celulele embrionare trebuie să se dividă foarte repede, dar este ceva ce dorim să studiem în continuare.”

În timp ce modificarea genetică a peștilor medaka și studierea embrionilor timpurii au condus la noi perspective cheie asupra mitozei embrionare, acesta este doar începutul pentru profesorul Kiyomitsu și echipă.

Pe lângă întrebările legate de diminuarea rolului Ran-GTP în etapele ulterioare și punctul de control al asamblarii fusului lipsă, el indică simetria satisfăcătoare a diviziunilor celulare în intervalele de timp. „Formarea fusului este caracterizată printr-un grad ridicat de simetrie, deoarece celulele par să se împartă în dimensiuni și direcții definite, iar fusul se află în mod constant în centrul celulelor. Cum se poate orienta axul atât de regulat peste celule. , și cum este capabil să găsească centrul de fiecare dată?"

Trecând dincolo de intervalele de timp, echipa speră, de asemenea, să solidifice și mai mult această nouă fundație cu linii de gene medaka suplimentare care să servească drept modele pentru cercetarea embrionară. celule și, în același timp, să optimizeze procesul de editare a genomului.

În cele din urmă, echipa vrea să testeze generalizarea descoperirilor lor prin studierea mitozei embrionare în alte organisme și, într-o etapă ulterioară, doresc să exploreze evoluția ansamblului fusului și a diviziunilor embrionare, care ar contribui, de asemenea, la o mai bună înțelegere a embriogenezei umane și la dezvoltarea diagnosticului și tratamentului infertilității umane.

„Cu această lucrare, am creat o bază solidă,” spune profesorul Kiyomitsu, „dar am deschis și o nouă frontieră. Mitoza embrionară este frumoasă, misterioasă și dificil de studiat și sperăm că, cu munca noastră, să ne putem apropia puțin de înțelegerea proceselor complicate de la începutul vieții.”

(Fluierul)