Новости и мнения

Стволовые клетки мыши, созданные для формирования эмбриональных структур

С помощью всего лишь молекулярного толчка агрегаты эмбриональных стволовых клеток принимают форму «гастролоида», несущего генетические признаки и пространственную организацию раннего развития.

C комочки эмбриональных стволовых клеток при одной короткой молекулярной стимуляции начинают организовываться так, как напоминает эмбрион мыши, вплоть до момента, когда клетки переключаются на определенные гены развития, согласно сообщению в Nature   сегодня (3 октября) . Воспроизводимое образование этих так называемых гаструлоидов может сделать их потенциально ценным ресурсом для исследований и уменьшить количество животных, используемых в экспериментах.

«Это увлекательное исследование», – пишет в электронном письме The Scientist биолог по развитию Джеймс Бриско из Института Фрэнсис Крик в Великобритании. «Способность ES [эмбриональных стволовых клеток], при правильном овчарке, определять все три основные оси тела поразительна и является еще одним примером удивительной способности развивающихся тканей к самоорганизации».

ЭС клетки происходят из группы клеток в раннем эмбрионе млекопитающих, называемой внутренней клеточной массой. Во время эмбриогенеза внутренняя клеточная масса дает начало всему организму, и при культивировании ЭС клетки можно дифференцировать «по всем различным типам клеток организма», – говорит Альфонсо Мартинес Ариас , генетик из Кембриджского университета. в Великобритании и автор статьи. Тем не менее, «они не образуют организм».

Чтобы понять, как внутренняя клеточная масса становится организмом, Мартинес Ариас и его коллеги пытались воссоздать ранние этапы эмбриогенеза с культивируемыми клетками ЭС. Их последнее усилие, описанное сегодня, привело к созданию структур, сходных с эмбрионами на стадии гаструлы – периоду развития, когда начинают развиваться отдельные типы клеток и выстраиваются оси тела.

В этих гаструлоидных структурах «ранняя спецификация оси и 3D-паттерн эмбриональных тканей в настоящее время довольно хорошо воспроизводятся», – говорит Нильс Гейсен из Нидерландского института Хабрехта, который не принимал участия в исследовании.

Чтобы сделать свои гаструлоиды, Мартинес Ариас и его коллеги берут кластеры приблизительно из 250 ES-клеток, взвешенных в культуральной среде, и кратко обрабатывают их молекулой, которая активирует передачу сигналов Wnt – путь, который, как известно, важен для спецификации оси тела у ранних эмбрионов.

Этого одного триггера достаточно для удлинения скоплений клеток и установления паттернов экспрессии генов вдоль их переднезадней (от головы до хвоста), дорсовентральной (спина к животу) и мезолатеральной (слева направо) осей, похожих на те наблюдается у эмбрионов мышей эквивалентного возраста развития. Гаструлоиды не переплетают самый передний (головной) конец эмбриона, который, как известно, требует ингибирования Wnt.

«Когда мы сравнивали паттерны экспрессии генов во времени и пространстве с [эмбрионами], мы обнаружили очень большое сходство», – говорит Мартинес Ариас.

В частности, «молекулярные данные для генов Hox довольно убедительны», – говорит специалист по стволовым клеткам и развитию Айре Уормфлэш из Университета Райса, который не был членом исследовательской группы.

Гены Hox кодируют большое семейство транскрипционных факторов, которые активируются передачей сигналов Wnt и контролируют план тела эмбриона вдоль оси голова-хвост, причем каждый член семьи экспрессируется в определенных зонах вдоль этой длины. Примечательно, что это упорядоченное выражение было очевидно в гаструлоидах.

Как будто Пикассо решил стать эмбриологом.

Джеймс Бриско, Институт Фрэнсис Крик

«Это довольно удивительно», – говорит Гейсен. «Кажется, что любые внешние сигналы», такие как те, которые получены от имплантации в матку, «не играют никакой главной роли во всем процессе формирования паттерна». Вместо этого, продолжает он, «эмбриональные клетки – это все, что вам нужно установить весь план тела.

Хотя экспрессия генов в гаструлоидах имитирует экспрессию гена эмбриона, архитектура тканей – нет. Вместо того, чтобы определять морфологические границы между типами тканей, «Пикассо как будто решил стать эмбриологом», пишет Бриско.

Мартинес Ариас соглашается. «Мы смотрим на клетки, которые лежат в основе этого прекрасного транскрипционного ландшафта. , , и они сильно дезорганизованы », – говорит он. «Это отключение»

По мнению Warmflash, несовершенство гаструлоида в том, что касается размножения настоящей мыши, может быть действительно полезным. «Вы хотите, чтобы он был достаточно реалистичным, чтобы он рассказывал вам что-то об эмбрионе, но если вы прекрасно воссоздали эмбрион, то вы прекрасно воссоздали всю эту сложность, и вам стало трудно учиться. Иногда в этих сокращенных системах есть полезность ».

Л. Беккари и др., «Многоосевые свойства самоорганизации мышиных эмбриональных стволовых клеток в гаструлоиды», Nature , doi: 10.1038 / s41586-018-0578-0, 2018.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *