01:20 2022-12-09
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Cercetătorii descoperă originile embrionare ale celulelor stem pluripotente adulte
_ Cercetătorii descoperă originile embrionare ale adulților celule stem pluripotente
Celulele stem sunt o minune biologică. Ele pot repara, restaura, înlocui și regenera celulele. La majoritatea animalelor și oamenilor, aceste celule sunt limitate la regenerarea doar a tipului de celule cărora le sunt atribuite. Deci, celulele stem de păr vor face doar păr. Celulele stem intestinale vor face doar intestine. Dar, multe nevertebrate înrudite la distanță au populații de celule stem care sunt pluripotente la animalele adulte, ceea ce înseamnă că pot regenera practic orice tip de celule lipsă, un proces numit regenerare a întregului corp.
Chiar dacă aceste tulpini adulte pluripotente. celulele (aPSC) se găsesc la multe tipuri diferite de animale (cum ar fi bureți, hidre, viermi plati planari, viermi acoel și unele squirs de mare), mecanismul prin care sunt făcute nu este cunoscut la nicio specie.
Într-un nou studiu în Cell, cercetătorii din Departamentul de Biologie Organismică și Evolutivă de la Universitatea Harvard au identificat mecanismul celular și traiectoria moleculară pentru formarea aPSC-urilor în viermele acoel, Hofstenia miamia.
H. miamia, cunoscută și sub numele de viermele pantera cu trei benzi, este o specie care se poate regenera complet folosind aPSC numite „neoblaste”. Tăiați H. miamia în bucăți și fiecare bucată va crește un nou corp, incluzând totul, de la o gură la creier. Autorul principal, profesorul Mansi Srivastava, a colectat H. miamia pe teren cu mulți ani în urmă, datorită capacității sale de regenerare. Odată întors în laborator, H. miamia a început să producă mulți embrioni care puteau fi studiați cu ușurință.
Un studiu anterior realizat de Srivastava și co-autor, cercetător postdoctoral Lorenzo Ricci, a dezvoltat un protocol pentru transgeneza în H. miamia. Transgeneza este un proces care introduce ceva în genomul unui organism care în mod normal nu face parte din acel genom. Această metodă i-a permis autorului principal, Julian O. Kimura (Ph.D. '22) să-și urmărească întrebarea despre cum sunt produse aceste celule stem.
„O caracteristică comună printre animalele care se pot regenera este prezența pluripotentelor. celulele stem din corpul adultului”, a spus Kimura. „Aceste celule sunt responsabile pentru refacerea părților lipsă ale corpului atunci când animalul este rănit. Înțelegând modul în care animale precum H. miamia produc aceste celule stem, am simțit că am putea înțelege mai bine ce dă anumitor animale abilități de regenerare.”
Există unele caracteristici unificatoare ale acestor populații de celule stem la animalele adulte, cum ar fi expresia unei gene numită Piwi. Dar la nicio specie până acum nimeni nu a reușit să-și dea seama cum sunt produse aceste celule stem în primul rând. „Au fost studiate în mare parte în contextul animalelor adulte”, a spus Srivastava, „și la unele specii știm puțin despre cum ar putea funcționa, dar nu știm cum sunt făcute.”
Cercetătorii știau că puii de viermi conțin aPSC, așa că au motivat că trebuie să fie făcute în timpul embriogenezei. Ricci a folosit transgeneza pentru a crea o linie care a făcut ca celulele embrionare să strălucească în verde fluorescent datorită introducerii proteinei Kaede în celulă. Kaede este foto-convertibil, ceea ce înseamnă că strălucirea unui fascicul laser cu o lungime de undă foarte specifică pe verde îl va transforma într-o culoare roșie. Apoi, puteți șterge celulele cu un laser pentru a transforma celulele verzi individuale ale embrionului într-o culoare roșie.
„Folosirea animalelor transgenice cu fotoconversie este o întorsătură foarte nouă pe care am conceput-o în laborator pentru a ne da seama. soarta celulelor embrionare”, a spus Srivastava. Kimura a aplicat această metodă pentru a efectua trasarea descendenței lăsând embrionii să crească și urmărind ce se întâmplă.
Kimura a urmărit dezvoltarea embrionului pe măsură ce s-a împărțit de la o singură celulă la mai multe celule. Diviziunea timpurie a acestor celule este marcată de clivaj stereotip, ceea ce înseamnă că celulele embrionului la embrion se divid exact în același model, astfel încât celulele să poată fi denumite și studiate în mod consecvent. Acest lucru a ridicat posibilitatea ca, probabil, fiecare celulă să aibă un scop unic. De exemplu, în stadiul de opt celule este posibil ca celula din colțul din stânga de sus să producă un anumit țesut, în timp ce celula de jos, din dreapta, să producă un alt țesut.
Pentru a determina funcția fiecărei celule, Kimura a efectuat sistematic foto-conversie pentru fiecare dintre celulele embrionului timpuriu, creând o hartă completă a destinului în stadiul de opt celule. Apoi a urmărit celulele în timp ce viermele a crescut într-un adult care încă purta eticheta roșie. Procesul repetitiv de urmărire a fiecărei celule individuale din nou și din nou pe mai mulți embrioni a făcut posibil ca Kimura să urmărească locul în care funcționează fiecare celulă.
La embrionul cu șaisprezece celule, a găsit o pereche foarte specifică de celule care a dat naștere la celule care păreau a fi neoblaste. „Acest lucru ne-a entuziasmat cu adevărat”, a spus Kimura, „dar mai exista posibilitatea ca neoblastele să apară din mai multe surse în embrionul timpuriu, nu doar din cele două perechi găsite în stadiul de șaisprezece celule. Găsirea celulelor care pur și simplu semănau cu neoblastele în aparență. nu a fost o dovadă definitivă că erau cu adevărat neoblaste, trebuia să arătăm că și ei se comportau ca neoblaste.”
Pentru a fi sigur, Kimura a pus acest set special de celule, numit 3a/3b în H. miamia, în judecată. Pentru a fi neoblaste, celulele trebuie să îndeplinească toate proprietățile cunoscute ale celulelor stem. Descendența acestor celule formează țesut nou în timpul regenerării? Cercetătorii au descoperit că da, numai descendenții acelor celule au făcut țesut nou în timpul regenerării.
O altă proprietate definitorie este nivelul de expresie a genelor în celulele stem, care trebuie să aibă sute de gene exprimate. Pentru a determina dacă 3a/3b se potrivește cu această proprietate, Kimura a luat descendența cu 3a/3b strălucitoare în roșu și toate celelalte celule strălucitoare în verde și a folosit o mașină de sortare care a separat celulele roșii și cele verzi. Apoi a aplicat tehnologia de secvențiere cu o singură celulă pentru a întreba care gene sunt exprimate în celulele roșii și în celulele verzi. Aceste date au confirmat că, la nivel molecular, numai descendenții celulelor 3a/3b se potriveau cu celulele stem și nu descendenții oricărei alte celule.
„Aceasta a fost confirmarea definitivă a faptului că am găsit sursa celulară. din populația de celule stem din sistemul nostru”, a spus Kimura. „Dar, important, cunoașterea sursei celulare a celulelor stem ne oferă acum o modalitate de a captura celulele pe măsură ce se maturizează și de a defini ce gene sunt implicate în producerea lor.”
Kimura a generat un set uriaș de date despre dezvoltarea embrionară. la nivel de celule unice, detaliind care gene au fost exprimate în toate celulele din embrioni de la începutul până la sfârșitul dezvoltării. El a permis celulelor 3a/3b convertite să se dezvolte puțin mai departe, dar nu până la stadiul de ecloziune. Apoi a capturat aceste celule folosind tehnologia de sortare. Făcând acest lucru, Kimura ar putea defini clar care gene au fost exprimate în mod specific în descendența celulelor care formează celulele stem.
„Studiul nostru dezvăluie un set de gene care ar putea fi controlori foarte importanți pentru formarea celulelor stem. celule”, a spus Kimura. „Omologii acestor gene au roluri importante în celulele stem umane și acest lucru este relevant pentru toate speciile.”
„Julian a început în laboratorul meu dorind să studieze modul în care celulele stem sunt produse în embrion”, a spus Srivastava, „ și este o poveste incredibilă că atunci când a absolvit și-a dat seama.”
Cercetătorii intenționează să continue să sape mai profund în mecanismul modului în care aceste gene funcționează în celulele stem din Hofstenia miamia, ceea ce va ajuta să știe cum a evoluat natura o modalitate de a produce și menține celulele stem pluripotente. Cunoașterea regulatorilor moleculari ai aPSC va permite cercetătorilor să compare aceste mecanisme între specii, dezvăluind modul în care celulele stem pluripotente au evoluat la animale.
Comentarii:
Adauga Comentariu