Príroda: Odhaľuje hodiny sekcie, ktoré regulujú vývoj ľudskej chrbtice

Pred viac ako 20 rokmi laboratórium vývojového biológa Oliviera Pourquiého objavilo bunkové hodiny v embryách kurčiat, kde každá „kliešť“ bunkových hodín podporuje takzvaný somit). Vzniká štruktúra a výsledný somit sa zmení na stavce.

V nasledujúcich rokoch Pourquié a ďalší používali myšacie bunky na zostavenie prvých modelov týchto takzvaných segmentačných hodín v laboratórnych miskách a uskutočnili ďalšie experimenty na ďalšie objasnenie tohto mechanizmu segmentovaných hodín v mnohých organizmoch.

Aj keď tieto výskumné snahy zlepšili pochopenie normálneho a abnormálneho vývoja chrbtice, doteraz nikto nebol schopný potvrdiť, či takéto segmentované hodiny existujú u ľudí.

V novej štúdii Pourquié a jeho výskumný tím uvádzajú, že po desaťročiach tvrdej práce použili kmeňové bunky pochádzajúce z dospelých tkanív v laboratórnych kultivačných miskách na zostavenie prvej série takýchto hodín. Tento úspech nie je len prvým dôkazom, že segmentované hodiny tikajú v ľudskom tele, ale tiež poskytol vedcom prvé modely in vitro, ktoré študujú včasný vývoj ľudskej chrbtice. Príslušné výsledky výskumu boli uverejnené online v časopise Nature 8. januára 2020. Názov príspevku bol „In vitro charakterizácia hodín ľudskej segmentácie“.

Pourquié povedal: „O vývoji sarkoméru ľudského tela, ktorý sa vytvára medzi tretím a štvrtým týždňom po oplodnení, nevieme takmer nič. V tomto čase väčšina žien nevie, že sú tehotné. Náš model by mal byť výkonným systémom pre štúdium základných pravidiel hodín hodín. “

"Náš inovatívny experimentálny model nám teraz umožňuje porovnávať vývoj myší a ľudí bok po boku. Som nadšený, že môžem odhaliť jedinečnosť ľudského rozvoja," uviedla Margarete Diaz-Cuadros, čo-prvá autorka článku a postgraduálna študentka v odbore Pourquiého laboratórium.

Tieto modely kmeňových buniek otvárajú dvere na pochopenie stavov miechy, ako je vrodená skolióza a choroby spojené s tkanivami pochádzajúcimi z paraxiálnej mezodermy. Tieto tkanivá zahŕňajú kostrové svaly a hnedý tuk v tele, ako aj kosti, kožu a vnútorné steny krvných ciev v trupe a chrbte.

Pourquié dúfa, že vedci budú môcť použiť tieto nové modely kmeňových buniek na generovanie diferencovaných tkanivových buniek pre výskum a klinickú prax, ako sú napríklad bunky kostrových svalov pre svalovú dystrofiu a hnedé adipocyty pre diabetes typu 2.

Hoci vedci preprogramovali dospelé bunky na indukované pluripotentné kmeňové bunky (bunky iPS) a potom ich prinútili, aby produkovali viac tkanív pozdĺž špecifických vývojových dráh, ukázalo sa, že je ťažké manipulovať s muskuloskeletálnym tkanivom. Avšak Pourquié a jeho kolegovia nakoniec zistili, že keď boli získané bunky iPS ponorené do štandardného rastového média, pridanie iba dvoch zlúčenín by mohlo podporiť ich tvorbu muskuloskeletálneho tkaniva.

"Môžeme vyrobiť tkanivo, ktoré pochádza z paraxiálnej mezodermy s účinnosťou asi 90%. Je to veľmi dobrý začiatok," uviedol Pourquié.

Tím Pourquié tiež použil embryonálne kmeňové bunky na vytvorenie podobného modelu.

Tím Pourquié bol prekvapený, keď zistil, že v miskách na kultiváciu myší a ľudských buniek začali hodiny tejto sekcie tikať a že tieto bunky nemuseli byť najskôr umiestnené na trojrozmernom lešení bližšie k ľudskému telu.

"Je úžasné, že to funguje v dvojrozmernom modeli. Je to ideálny model," uviedol Pourqui.

Tím Pourquié zistil, že tieto segmentované hodiny tikajú každých 5 hodín v ľudských bunkách a každých 2,5 hodiny v myšacích bunkách. Povedali, že tento rozdiel vo frekvencii je konzistentný s rozdielom v čase gravidity u myší a ľudí.

Jedným z ďalších projektov Pourquie je študovať, čo riadi variabilnú rýchlosť týchto segmentovaných hodín, a čo je ambicióznejšie, je to, čo reguluje čas embryonálneho vývoja u rôznych druhov. „Existuje veľa veľmi zaujímavých otázok, ktoré je potrebné riešiť,“ uviedol.