Priroda: otkriva satove sa odsecima koji regulišu razvoj kičme

Prije više od 20 godina laboratorija razvojnog biologa Oliviera Pourquiéa otkrila je stanični sat u pilećim embrionima, gdje svaki „krpelj“ ćelijskog sata promovira takozvanu somitu) Formira se struktura, a rezultirajući somit pretvara se u kralježnicu.

U narednim godinama, Pourquié i drugi koristili su mišje ćelije da konstruiraju prve modele ovog takozvanog segmentacijskog sata u laboratorijskim posudama i izveli su druge eksperimente kako bi dodatno razjasnili ovaj Mehanizam segmentiranih satova kod mnogih organizama.

Iako su ovi istraživački napori poboljšali razumijevanje normalnog i nenormalnog razvoja kralježnice, do sada nitko nije uspio potvrditi postoji li takav segmentirani sat kod ljudi.

U novoj studiji, Pourquié i njegov istraživački tim navode da su nakon desetljeća napornog rada koristili matične ćelije dobivene iz tkiva odraslih u laboratorijskim posudama za kulturu da bi napravili prvu seriju takvih modela satova. Ovo postignuće nisu samo prvi dokazi da segmentirani sat otkucava u ljudskom tijelu, već je pružilo naučnicima prve in vitro modele koji su proučavali rani ljudski razvoj kičme. Relevantni rezultati istraživanja objavljeni su na mreži u časopisu Nature 8. siječnja 2020. Naslov rada bio je "In vitro karakterizacija sata segmentacije čovjeka".

Pourquié je rekao: "Mi gotovo ništa ne znamo o razvoju sarcomera ljudskog tijela, koji se formira između treće i četvrte sedmice nakon oplodnje. U ovom trenutku većina žena ne zna da je trudna. Naš model bi trebao biti moćan sistem za proučavanje osnovnih pravila satova. "

"Naš inovativni eksperimentalni model sada nam omogućava da uporedimo razvoj miševa i ljudi jedan uz drugog. Uzbuđena sam što otkrivam jedinstvenost ljudskog razvoja", izjavila je Margarete Diaz-Cuadros, koautorica ovog rada i diplomski student u Pourquiéeva laboratorija.

Ovi modeli matičnih ćelija otvaraju vrata razumijevanju stanja razvoja kičme, poput urođene skolioze i bolesti povezanih s tkivima koji potiču iz paraksijalne mezoderme. Ta tkiva uključuju skeletne mišiće i smeđu masnoću po cijelom tijelu, kao i kosti, kožu i unutrašnje stijenke krvnih žila u prtljažniku i leđima.

Pourquié se nada da će naučnici moći koristiti ove nove modele matičnih ćelija za stvaranje diferenciranih ćelija tkiva za istraživanje i kliničku praksu, poput koštanih mišićnih stanica za mišićnu distrofiju i smeđih adipocita za dijabetes tipa 2.

Iako su naučnici reprogramirali ćelije odraslih u inducirane pluripotentne matične ćelije (iPS ćelije), a zatim ih inducirali da stvaraju više tkiva po određenim razvojnim putovima, mišićno-koštano tkivo pokazalo se teško za rukovanje. Međutim, Pourquié i kolege su na kraju otkrili da kad su dobijene iPS ćelije uronjene u standardni medijum za rast, dodavanje samo dva spoja može pospješiti njihovo formiranje mišićno-koštanog tkiva.

"Možemo proizvesti tkivo koje potiče iz paraksijalne mezoderme sa oko 90% efikasnosti. Ovo je vrlo dobar početak," rekao je Pourquié.

Pourquié tim je takođe koristio embrionalne matične ćelije za izgradnju sličnog modela.

Tim Pourquiéa bio je iznenađen kada je otkrio da je u jelima od mišje i ljudske stanice ova satnica počela otkucavati i da te stanice prvo ne trebaju biti smještene na trodimenzionalnom skelu bliže ljudskom tijelu.

"Nevjerovatno je da djeluje u dvodimenzionalnom modelu. To je idealan model", rekao je Pourqui.

Pourquié tim otkrio je da ovaj segmentirani sat otkucava svakih 5 sati u ljudskim ćelijama i svakih 2,5 sata u mišjim ćelijama. Oni su rekli da je ta razlika u učestalosti konzistentna s razlikom u vremenu trudnoće miša i čovjeka.

Jedan od Pourquiejevih sljedećih projekata jest proučavanje onoga što kontrolira varijabilnu brzinu ovog segmentiranog sata, a što je ambicioznije je ono što regulira vrijeme razvoja embriona u različitim vrstama. "Postoji mnogo vrlo zanimljivih pitanja koja je potrebno riješiti", rekao je.