Πώς επιλέγει η ανάπτυξη των νωτιαίων μυελών «κεφάλι» ή «ουρά»;

Οι νευρώνες που αναπτύχθηκαν από τους επιστήμονες του Gladstone, όπως αυτός που εμφανίζεται στη φιάλη, μιμείται ένα από τα βασικά βήματα στην πρώιμη ανάπτυξη του νευρικού συστήματος στα έμβρυα. Πίστωση: Michael Short / Gladstone Institutes

Η εξέλιξη από μια στρογγυλή σφαίρα κυττάρων σε ένα έμβρυο με κεφάλι και ουρά είναι ένα από τα πιο σημαντικά βήματα στην ανάπτυξη ενός οργανισμού. Αλλά είναι δύσκολο να μελετηθεί ο πρώτος τρόπος με τον οποίο τα κύτταρα αρχίζουν να οργανώνονται κατά μήκος αυτού του άξονα από το κεφάλι προς την ουρά, επειδή εμφανίζεται στις πρώτες μέρες της εμβρυϊκής ανάπτυξης, στα όρια της μήτρας των θηλαστικών.


Τώρα, οι επιστήμονες στα Gladstone Institutes έχουν δημιουργήσει ένα οργανοειδές – μια τρισδιάστατη σειρά κυττάρων που αναπτύσσονται σε ένα εργαστήριο – που μιμείται τα πρώτα αναπτυξιακά βήματα του νευρικού συστήματος έμβρυα. Τα οργανίδια είναι τα πρώτα που δείχνουν πώς τα ανθρώπινα κύτταρα του νωτιαίου μυελού γίνονται προσανατολισμένα στο έμβρυο και θα μπορούσαν να ρίξουν φως στο πώς οι περιβαλλοντικές εκθέσεις ή οι τοξίνες μπορούν να παρακάμψουν αυτή τη διαδικασία, προκαλώντας πρόωρες αποβολές και γενετικές ανωμαλίες.

“Αυτό είναι ένα κρίσιμο σημείο στην πρώιμη εξέλιξη οποιουδήποτε οργανισμού, οπότε το να έχουμε ένα νέο μοντέλο για να το παρατηρήσουμε και να το μελετήσουμε στο εργαστήριο είναι πολύ συναρπαστικό”, λέει ο Todd McDevitt, ανώτερος ερευνητής στο Gladstone, PhD και ανώτερος συγγραφέας της έρευνας. Νέα δημοσίευση στο περιοδικό Ανάπτυξη.

Σε ένα ανθρώπινο έμβρυο ηλικίας εβδομάδων, τα κύτταρα που προορίζονται να γίνουν η σπονδυλική στήλη και ο νωτιαίος μυελός αρχίζουν να συγκεντρώνονται – ξεκινώντας από το τέλος της κεφαλής του εμβρύου και αναπτύσσονται για να σχηματίσουν το άκρο της ουράς (ή της ουράς) του εμβρύου. Η διαδικασία είναι γνωστή ως αξονική επιμήκυνση.

Αν και οι επιστήμονες έχουν μελετήσει αυτήν τη διαδικασία σε έμβρυα νεοσσών και ποντικών, δεν μπόρεσαν να μελετήσουν τα μόρια που βοηθούν στην αποστολή σημάτων “κεφαλών” ή “ουρών” σε κύτταρα. Επιπλέον, οι διαφορές στα σχήματα του ανθρώπινου σώματος σε σύγκριση με άλλα ζώα – όπως η απουσία ουράς – μπορεί να σημαίνει ότι οι παρατηρήσεις σε αυτά τα μοντέλα οργανισμών δεν ισχύουν για τον άνθρωπο.

Τα μέλη της ομάδας του McDevitt δούλευαν σε ένα νέο όργανο, φτιαγμένο από μια ομάδα εγκεφαλικών κυττάρων, όταν παρατήρησαν ότι ορισμένες συνθήκες επέτρεψαν στις κυτταρικές ομάδες να αρχίσουν να επιμηκύνουν αυθόρμητα, σχηματίζοντας δομές σε σχήμα γυρίνου που θυμίζουν την ανάπτυξη των νωτιαίων μυελών. Τα εκτεταμένα οργανίδια θα είχαν κάνει την ίδια μετάβαση που θα περνούσε ένα έμβρυο όταν αναπτύσσεται ο νωτιαίος μυελός – ο μετασχηματισμός από μια σφαίρα κυττάρων σε κάτι με ξεχωριστή κεφαλή και ουρά, σημειώνοντας την κορυφή και το κάτω μέρος της σπονδυλικής στήλης.

“Τα οργανίδια συνήθως δεν έχουν προσανατολισμό στο κεφάλι, και αρχικά δεν ξεκινήσαμε να δημιουργούμε ένα επιμήκη όργανο, οπότε το γεγονός ότι το έχουμε δει καθόλου ήταν πολύ εκπληκτικό”, λέει ο απόφοιτος του Gladstone, Nick Elder. Ο συγγραφέας της νέας εργασίας με τη συνάδελφο μεταπτυχιακό φοιτητή Emily Bolger και πρώην μεταπτυχιακούς φοιτητές Ashley Libby, Ph.D. και David Joy, Ph.D.

Οι ερευνητές εργάστηκαν για να περιορίσουν ό, τι ακριβώς κάνει ένα ορθογώνιο οργανικό, και εγκαταστάθηκαν σε μια χούφτα από τα επιθυμητά μόρια σηματοδότησης. Στη συνέχεια, ανέλυσαν ποια γονίδια ενεργοποιήθηκαν ή απενεργοποιήθηκαν σε κύτταρα καθ ‘όλη τη διάρκεια του επιμήκους οργανοειδούς για περίοδο περίπου δύο εβδομάδων. Διαπίστωσαν ότι το οργανοειδές είχε παρόμοια κυτταρικά και μοριακά μοτίβα με εκείνα που προηγουμένως βρέθηκαν σε πρώιμα αναπτυσσόμενα έμβρυα ποντικού.

“Αυτό σημαίνει ότι μπορούμε τώρα να χρησιμοποιήσουμε αυτό το μοντέλο για να τεμαχίσουμε τις κυτταρικές και μοριακές λεπτομέρειες της επιμήκυνσης του νωτιαίου μυελού στο αναπτυσσόμενο εμβρυϊκό περιβάλλον”, λέει ο Bolger.

Για παράδειγμα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την τεχνολογία επεξεργασίας γονιδιώματος CRISPR-Cas9 για να σιωπήσουν ένα γονίδιο από βλαστικά κύτταρα που πιστεύεται ότι είναι σημαντικό στην ανάπτυξη του νωτιαίου μυελού και στη συνέχεια δημιούργησαν οργανίδια από την τροποποιημένη έκδοση. κύτταρα. Η ομάδα έδειξε ότι χωρίς το γονίδιο, τα οργανίδια δεν τεντώνονται κανονικά, υπογραμμίζοντας τη σημασία του γονιδίου στην αξονική επιμήκυνση.

Οι ερευνητές λένε ότι το βιολογικό μοντέλο θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την εξέταση φαρμάκων ή περιβαλλοντικών εκθέσεων για τις επιπτώσεις τους στο αναπτυσσόμενο έμβρυο.

Μπορούμε να το χρησιμοποιήσουμε οργανικός για να ξεπεραστούν τα ανεπίλυτα ανθρώπινα αναπτυξιακά ζητήματα με τρόπο που δεν περιλαμβάνει ανθρώπινα έμβρυα “, λέει ο Libby. Για παράδειγμα, μπορείτε να προσθέσετε χημικά ή τοξίνες στις οποίες μπορεί να εκτεθεί μια έγκυος γυναίκα και να δείτε πώς επηρεάζουν την ανάπτυξη του νωτιαίου μυελού. “

Προς το παρόν, η ομάδα του McDevitt σκοπεύει να συνεχίσει να βελτιώνει την προσέγγισή τους για τη δημιουργία επιμήκων οργανίων κάτω από διαφορετικές συνθήκες και χρησιμοποιώντας διαφορετικούς τύπους κυττάρων σε μια προσπάθεια να κατανοήσει περαιτέρω τις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις που απαιτούνται για την κατασκευή του νωτιαίου μυελού.


Η μελέτη καθορίζει γιατί ο άξονας «κεφάλι-προς-ουρά» αναπτύσσεται στο ανθρώπινο έμβρυο


περισσότερες πληροφορίες:
Ashley RJ Libby et al., Η αξονική επιμήκυνση των ανθρώπινων ουραίων οργάνων μιμείται πτυχές της ανάπτυξης νευρικών σωλήνων, Ανάπτυξη (2021). DOI: 10.1242 / dev.198275

Εισαγωγή του
Ινστιτούτα Gladstone

το απόσπασμαΠώς επιλέγει η ανάπτυξη των νωτιαίων μυελών «κεφάλι» ή «ουρά»; (2021, 21 Ιουνίου) Ανακτήθηκε στις 21 Ιουνίου 2021 από https://phys.org/news/2021-06-spinal-cords-tails.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη διαπραγμάτευση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Ο αρχαίος καρχαρίας αετού είχε βατραχοπέδιλα σαν φτερά

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *