Luonto: Tuo esiin leikekellot, jotka säätelevät ihmisen selkärangan kehitystä

Yli 20 vuotta sitten kehitysbiologin Olivier Pourquié -laboratorio löysi kanan alkioissa solukellon, jossa jokainen solukellon "rasti" edistää ns. Somiittirakennetta ja muodostuva somiitti muuttuu selkärankaksi.

Seuraavina vuosina Pourquié ja muut käyttivät hiiren soluja tämän ns. Segmentointikellojen ensimmäisten mallien rakentamiseen laboratorioastiassa ja suorittivat muita kokeita tämän monien organismien segmentoidun kellon mekanismin selventämiseksi edelleen.

Vaikka nämä tutkimustoimet ovat parantaneet selkärangan normaalin ja epänormaalin kehityksen ymmärtämistä, toistaiseksi kukaan ei ole pystynyt varmistamaan, onko tällainen segmentoitu kello olemassa ihmisissä.

Uudessa tutkimuksessa Pourquié ja hänen tutkimusryhmänsä ilmoittivat, että vuosikymmenien kovan työn jälkeen he käyttivät aikuisten kudoksista peräisin olevia kantasoluja laboratorioviljelylaatikoissa tällaisen kellon mallin ensimmäisen erän rakentamiseksi. Tämä saavutus ei ole vain ensimmäinen näyttö siitä, että segmentoitu kello tikittää ihmisen kehossa, vaan se antoi tutkijoille myös ensimmäiset in vitro -mallit tutkia ihmisen selkärangan varhaista kehitystä. Asiaankuuluvat tutkimustulokset julkaistiin verkossa Nature-lehdessä 8. tammikuuta 2020. Artikkelin otsikko oli "ihmisen segmentoitumiskellon karakterisointi in vitro".

Pourquié sanoi: "Emme tiedä melkein mitään ihmiskehon sarkomeerin kehityksestä, joka muodostuu kolmannen viikon ja neljännen viikon välillä hedelmöityksen jälkeen. Tällä hetkellä suurin osa naisista ei tiedä olevansa raskaana. olla tehokas järjestelmä jaksokellon perussääntöjen tutkimiseksi. "

"Innovatiivisen kokeellisen mallimme avulla voimme nyt verrata hiirien ja ihmisten kehitystä rinnakkain. Olen innoissani voidessani paljastaa inhimillisen kehityksen ainutlaatuisuuden", kertoi Margarete Diaz-Cuadros, tutkimuksen toinen kirjoittaja ja jatko-opiskelija Pourquién laboratorio.

Nämä kantasolumallit avaa oven ymmärtää selkärangan kehitysolosuhteita, kuten synnynnäinen skolioosi, ja paraksiaal mesodermasta peräisin oleviin kudoksiin liittyviä sairauksia. Nämä kudokset sisältävät koko kehon luurankolihaksia ja ruskeaa rasvaa sekä rungon ja selän verisuonten luita, ihoa ja sisäseinämiä.

Pourquié toivoo, että tutkijat kykenevät käyttämään näitä uusia kantasolumalleja erilaistuneiden kudossolujen tuottamiseksi tutkimusta ja kliinistä käytäntöä varten, kuten luuston lihassolut lihasdystrofiaa varten ja ruskeat adiposyytit tyypin 2 diabetekseen.

Vaikka tutkijat ovat ohjelmoineet aikuisten solut uudelleen indusoiduiksi pluripotenttisiksi kantasoluiksi (iPS-soluiksi) ja indusoineet ne sitten tuottamaan useita kudoksia erityisillä kehitysreiteillä, tuki- ja liikuntaelimistön kudos osoittautui vaikeaksi käsiteltäväksi. Pourquié ja hänen kollegansa kuitenkin löysivät lopulta, että kun saadut iPS-solut upotettiin tavanomaiseen kasvualustaan, vain kahden yhdisteen lisääminen saattoi edistää niiden muodostumista tuki- ja liikuntaelimistön kudokselle.

"Voimme tuottaa kudosta, joka on peräisin paraksiaal mesodermasta, noin 90%: n hyötysuhteella. Tämä on erittäin hyvä alku", Pourquié sanoi.

Pourquié-tiimi käytti myös alkion kantasoluja samanlaisen mallin rakentamiseen.

Pourquié-tiimi yllättyi huomatessaan, että hiiren ja ihmisen soluviljelmämaljoissa tämä leikkauskello alkoi tikittää ja että näitä soluja ei tarvinnut asettaa ensin kolmiulotteiseen telineeseen, joka oli lähempänä ihmiskehoa.

"On hämmästyttävää, että se toimii kaksiulotteisessa mallissa. Se on ihanteellinen malli", Pourqui sanoi.

Pourquié-tiimi havaitsi, että tämä segmentoitu kello tikittää joka 5. tunti ihmisen soluissa ja joka 2.5 tunti hiiren soluissa. He sanoivat, että tämä taajuusero on yhdenmukainen hiiren ja ihmisen raskausajan erojen kanssa.

Yksi Pourquien seuraavista hankkeista on tutkia, mikä säätelee tämän segmentoidun kellon muuttuvaa nopeutta, ja mikä on kunnianhimoisempaa, mikä säätelee alkioiden kehitysaikaa eri lajeissa. "On olemassa monia erittäin mielenkiintoisia kysymyksiä, joihin on puututtava", hän sanoi.