Een belangrijke stap in de ontwikkeling van het gewervelde embryo - de totstandbrenging van een rug dat morphs in hersenen, een ruggemerg en spieren - blijkt zo belangrijk dat het lichaam minstens drie signalen om gebruikt ervoor te zorgen het behoorlijk gebeurt.
De ontdekking, meldde deze maand in de dagboek OntwikkelingsCel door onderzoekers bij de Universiteit van Californië, Berkeley, verklaart definitief een 80 éénjarigenobservatie die de manier hervormde de biologen over embryonale en foetale ontwikkeling en reeks het stadium voor het debat van de stamcel denken.
Die observatie van 1924 in newts door Hans Spemann en Hilde Mangold earned Spemann de Nobelprijs in 1935 en geproduceerd het begrip dat de embryonale cellen weten wat niet zij zullen worden tot zij het juiste signaal krijgen. Dit concept is bij de wortel van de opwinding van vandaag over embryonale stamcellen, die fundamenteel naïve cellen zijn die, theoretisch, kunnen worden bevorderd om het even welk weefsel van het lichaam te worden.
In feite, zijn de proteïnen normaal door het embryo worden gebruikt onlangs gezet aan gebruik in het embryonale werk dat van de stamcel. Noggin, één van de proteïnen door het onderzoeksteam van UC worden geïsoleerd Berkeley, is gebruikt in culturen om de groei van neurale stamcellen te handhaven die.
De nieuwe experimenten van UC Berkeley, op kikkers, tonen aan dat sommige stappen in vroege embryonale ontwikkeling zo kritiek zijn dat vele overlappende signalen nodig zijn om ervoor te zorgen dat de cellen onderaan de juiste weg gaan. De vorming van de rug en de buik is een mijlpaal voor kikkers evenals voor mensen en andere gewervelde dieren, die aangezien het aan het begin van het proces van gastrulation doet voorkomen, dat voorzijde en rug, hoofd en staart ziet, links en net gevestigd en de eerste verschijning van een herkenbaar lichaamsplan. Als deze stap ontbreekt, uiteindelijk sterft het embryo.
„Gastrulation en het proces om uw achter-buikas te bepalen zijn zulk een belangrijke stap dat u eigenlijk veelvoudige proteïnen hebt die daar worden uitgedrukt, enkel in zaak één van hen ontbreken, kunnen anderen,“ bovengenoemde hoofdauteur Mustafa Khokha (uitgesproken Ka KO), een post-doctorale kameraad bij UC Berkeley en een aanwezige arts in pediatrische kritieke zorg bij UC San Francisco compenseren. De „Overtolligheid wordt ontworpen om het embryo robuust te maken, om geboortetekorten te vermijden.“
De drie die proteïnen in het rapport van het team worden geïdentificeerd zijn onder minstens vijf die andere signalen blokkeren om de rug toe te staan, of dorsal, structuren aan vorm. Dertien jaar geleden, toonden Richard Harland, de professor en de stoel van het Ministerie van de Moleculaire en Biologie van de Cel bij UC Berkeley, aan dat het inspuiten van één van deze factoren, noggin, in de buik van een embryo omringende weefsels om zich tot structuren normaal veroorzaakte die te ontwikkelen op de rug worden gevonden. Ondanks herhaalde pogingen, echter, kon niemand aantonen dat de blokkerende signalen zoals noggin het tegengestelde deden. In feite, blokkerend noggin en de andere bekende factoren schenen om betrekkelijk weinig effect te hebben die op het embryo, twijfels over de natuurlijke rol van deze proteïnen in vroege ontwikkeling opwerpen.
Nu, gebruikend zeer jonge embryo's van de laboratoriumkikker tropicalis Xenopus, konden Khokha, Harland en hun collega's van UC Berkeley drie van de vijf factoren blokkeren meteen, en dit keer vond dramatische veranderingen in het embryo.
„Toen wij deze signalen verwijderden, werden alle weefsels die zich op de rug van het embryo vormen - hersenen, ruggemerg en spieren - verloren,“ bovengenoemde Khokha. „Niet alleen waren achter verloren weefsels, maar de buikweefsels werden zeer uitgebreid - het gehele embryo werd repatterned, zodat is het buik-meer als dan het achter-als is. Zo, zijn deze signalen noodzakelijk voor het patroon behoorlijk voor te komen.“
„Wij vonden eerst deze signalen in 1992, en sedertdien zijn wij te weten gekomen hoe zij werken. Maar omdat er zo veel van hen zijn, is het moeilijk werkelijk om onderaan dat geweest te nagelen zij essentieel zijn,“ bovengenoemde Harland. „Wij hebben drie van hen moeten neerhalen om te bewijzen dat zij.“ essentieel zijn
In de jaren '20, die bij de Universiteit van Freiburg in Duitsland werken, vonden Spemann en zijn studentenMangelwortel dat aangezien de massa van cellen in het embryo begon om vorm, een gebied in het embryo te nemen - wat zij „riepen organisator“ - scheen om de bron te zijn die van signalen aan nabijgelegen cellen, hen vertellen om achterstructuren te vormen. Wat hun experiment vastklonk nam de organisator van één embryo - in hun experimenten, een newt - en inplanteerde het in een andere.
„Zij produceerden eigenlijk een Siamese tweelingembryo,“ bovengenoemde Khokha. Het „stuk dat zij van het donorembryo hebben verwijderd en in het gastheerembryo overgeplant kon de structuren in het gastheerembryo opnieuw definiëren om achterstructuren te maken waar de buik zich normaal - zou vormen om een ander hoofd, hersenen en ruggemerg te veroorzaken. Het weefsel plantten zij verzonden signalen over naar de gastheer om tot deze nieuwe structuren te leiden.“
Sedertdien hebben de wetenschappers gezocht naar de signalerende die factoren door de organisator van Spemann worden afgescheiden. Het Gesynchroniseerde been morphogenetic eiwit (BMP)antagonisten, deze factoren blokkeert een proces dat buik tot structuren leidt en ontruimt de manier voor achterontwikkeling.
„Het is werkelijk in de laatste 20 jaar dat het mogelijk is geweest om deze apart proper te plagen en analyses te ontwikkelen die genoeg goed zijn om de molecules bij het normale proces betrokken te vinden,“ bovengenoemde Harland.