Reconstituirea modului în care coloana vertebrală prinde contur

Marina Sanaki-Matsumiya, dr
Fellow postdoctoral
Laboratorul de biologie a dezvoltării sintetice
Laboratorul European de Biologie Moleculară (EMBL), Barcelona

De când își amintește, Marina Sanaki-Matsumiya a vrut să înțeleagă mecanismele care modelează oasele care formează scheletele noastre. Născut cu o tulburare genetică a scheletului, biologul de dezvoltare a stabilit pentru prima dată un model in vitro pentru a studia țesuturile tranzitorii embrionare de șoarece numite somiți care formează coloana vertebrală.1 Apoi s-a alăturat laboratorului lui Miki Ebisuya din campusul EMBL din Barcelona ca post-doctorat pentru a continua această activitate cu celule stem pluripotente induse de om (iPSC).2 Într-un recent Comunicarea Naturii Studiul, Sanaki-Matsumiya a descris cum se creează organoizi somiți umani, sau somatoizi, care imită dezvoltarea țesuturilor in vivo.

Î. De ce este necesar să se studieze formarea somitelor umani in vitro?
Somitogeneza este un proces complex de dezvoltare care trimite valuri de modificări ale expresiei genelor la intervale precise, numite ceasul de segmentare, prin mezodermul presomitic către somiții în muguri de la capătul anterior al țesutului. Studiem somitogeneza în organisme model, cum ar fi șoarecii, puii și peștii zebra, dar, deși procesul general este foarte similar, există diferențe importante. Deoarece formarea somitului are loc în timpul embriogenezei, nu putem studia modul în care acest țesut se dezvoltă la oameni sau modul în care mutațiile care provoacă boli ale scheletului la oameni afectează procesul. Acesta este motivul pentru care am dorit să dezvoltăm un model in vitro care să imite formarea și diferențierea somitelor la om.

Î. Cum creșteți somatoidele?
Începem prin a cultiva iPSC-uri umane și formăm agregate în plăci de godeuri cu fundul în U. Apoi schimbăm mediul bazal într-un mediu de inducție care va declanșa diferențierea agregatelor în mezoderm presomitic, apoi acoperim agregatele cu formă ovală de Matrigel™. pentru a le susține creșterea. În acest moment, țesuturile se autoorganizează și formează un ax antero-posterior. Acesta este, de asemenea, momentul în care genele ceasului de segmentare sunt induse, astfel încât să putem vedea unde oscilatorii de expresie a genelor care merg de la capătul posterior până la capătul anterior al țesutului. Când aceste unde ajung la capătul anterior, ele provoacă epitelizarea unei populații de celule, ciupind un somit. Acest proces durează aproximativ cinci până la șase ore la somitoidul nostru uman, dar durează doar două până la trei ore la șoareci, astfel încât momentul acestui proces este destul de diferit între specii. În medie, fiecare agregat va forma aproximativ 10 somite.

Î. Ce parte a acestui proces v-a provocat cel mai mult?
Cea mai grea parte a acestui proiect a fost optimizarea protocolului. Am petrecut peste doi ani variind fiecare pas și fiecare reactiv, dar tot nu am putut vedea somiții crescând. Ultimul reactiv pe care l-am schimbat a fost mediul bazal în care creștem organoizii. Am încercat diferite mărci comerciale, dar niciuna nu a funcționat. În cele din urmă, m-am întors la mediul de casă pe care l-am folosit în timpul doctoratului pentru a crește țesut asemănător somitului din celule stem embrionare de șoarece (ESC). Chiar dacă acest mediu bazal are aceeași compoziție ca și omologul său comercial, doar cel pe care l-am făcut noi înșine a susținut somitogeneza. Deci chiar trebuie să fii perseverent. Dezvoltarea protocolului durează mult și există multe aspecte diferite pe care le puteți modifica.

READ  Erdogan se întoarce împotriva lui Putin și oferă UE un colac de salvare în afara crizei din Ucraina, TUPIND legăturile cu Rusia | Știință | Știri

Î. Care sunt următorii pași pentru acest proiect?
Acum că am creat un model in vitro care recapitulează somitogeneza umană, scopul nostru este să înțelegem mai bine mecanismele care reglează ceasul de segmentare și sincronizarea acestuia. Pentru a face acest lucru, intenționăm să creăm o „grădină zoologică de somatoide”, folosind același protocol pentru a crea somatoide de la șoareci, iepuri, vaci și altele. Avem ESC și iPSC de la multe specii, obținute prin colaboratori minunați și dorim să înțelegem mai bine mecanismele care stau la baza somitogenezei și modul în care aceasta diferă între diferite organisme. Laboratorul nostru studiază și disostoza spondilocostală, o boală a scheletului care afectează coloana vertebrală și coastele. Încercăm să identificăm genele care cauzează această boală prin secvențierea întregului genom și intenționăm să dezvoltăm modele somatoide folosind iPSC de la pacienți pentru a înțelege mai bine ce nu merge bine în timpul dezvoltării scheletului.

Referințe

  1. M. Matsumiya și colab., „Țesuturile asemănătoare mezodermului presomitic derivate din celulele ES pentru analiza oscilațiilor sincronizate în ceasul de segmentare”, Dezvoltare145(4):dev156836, 2018.
  2. M. Sanaki-Matsumiya și colab., „Formarea periodică a somitelor epiteliali din celule stem pluripotente umane”, Nat Comun13(1):2325, 2022.
Logo-ul resurselor de cercetare

Faci un comentariu sau dai un răspuns?

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *