Lo studio mostra il ruolo vitale per il gene maternamente ereditato nello sviluppo embrionale

Un nuovo studio indica un ruolo essenziale per un gene maternamente ereditato nello sviluppo embrionale. Lo studio ha trovato che gli zebrafish che non sono riuscito ad ereditare le istruzioni genetiche specifiche dalla mamma hanno sviluppato i difetti interni più presto in via di sviluppo, anche se il pesce potrebbe fare la loro propria versione del gene. Lo studio dai ricercatori alla Princeton University è stato pubblicato il 15 novembre nel eLife del giornale.

Quando gli animali femminili formano le celle dell'uovo dentro le loro ovaie, depositano il messaggero RNAs (mRNAs) - una specie di insieme delle istruzioni genetico - nel citoplasma delle cellule dell'uovo. Dopo fertilizzazione, questi mRNAs maternamente assicurati possono essere tradotti in proteine richieste per le fasi iniziali di sviluppo embrionale, prima dell'embrione può produrre i mRNAs e le proteine dei sui propri.

Più di trenta anni fa, i ricercatori hanno scoperto che i mRNAs che codificano una proteina chiamata Vg1 sono depositati nel citoplasma delle uova della rana. “vg1 è famoso per essere uno dei mRNAs materni in primo luogo riconosciuti,„ ha detto Rebecca Burdine, professore associato di biologia molecolare a Princeton. “Una ricchezza dei documenti è stata scritta su come questo RNA è localizzato e regolamentato, ma non era mai chiaro che cosa la proteina Vg1 realmente fa nell'embrione di sviluppo.„

Nello studio, Burdine e due dottorandi Jose Pelliccia e Granton Jindal hanno usato il gene CRISPR/Cas9 che modifica per eliminare Vg1, conosciuto come Gdf3 in zebrafish. Embrioni che non potrebbero produrre alcun Gdf3 dei loro propri--ma ricevuto una parte sana del gdf3 mRNA dalle loro madri--sviluppato perfettamente normalmente. Ma gli embrioni che non hanno ricevuto gdf3 materno mRNA hanno mostrato i difetti importanti nella fase iniziale nel loro sviluppo, morente gli appena tre giorni dopo fertilizzazione.

“Se gdf3 non è fornito all'uovo tramite la madre, l'uovo fertilizzato non può produrre due dei tre tipi principali di celle richieste per lo sviluppo,„ Burdine ha detto. “Gli embrioni mancano di tutti i [tipi delle cellule conosciuti come] mesoderm ed ipoblasto e sono andati con interfaccia e un certo tessuto neurale, [che derivano dal terzo tipo principale delle cellule, il ectoderm].„

Vg1/Gdf3 è un membro di TGF-beta famiglia delle molecole di cella-segnalazione. Altri due membri di questi famiglia, Ndr1 e Ndr2, sono tenuti a formare il mesoderm e l'ipoblasto presto nello sviluppo di zebrafish. Embrioni che mancano dello sguardo maternamente fornito gdf3 molto simile agli embrioni che mancano di entrambe proteine, che sono analoghe alle 1 e 2 proteine nodali in mammiferi.

I ricercatori hanno trovato che gdf3 materno è richiesto affinchè Ndr1 e Ndr2 segnalasse ai livelli necessari per indurre correttamente la formazione di celle dell'ipoblasto e mesoderm negli embrioni in anticipo di zebrafish. In assenza della segnalazione gdf3, Ndr1 e Ndr2 è diminuito drammaticamente e lo sviluppo embrionale va storto.

La segnalazione nodale egualmente è richiesta più successivamente nello sviluppo di zebrafish quando contribuisce a stabilire le differenze fra i lati destri e sinistri dell'embrione di sviluppo. Fa questa, in parte, mediante la direzione della formazione di organo conosciuto come la vescicola di Kupffer, di cui le guide asimmetriche di forma determinano i lati destri e sinistri dell'embrione. Successivamente, la segnalazione nodale induce l'espressione di una terza proteina nodale, chiamata pugile mancino, in un gruppo di celle mesoderm dalla sinistra dell'embrione.

Per studiare se gdf3 maternamente fornito mRNA egualmente svolge un ruolo da sinistra a destra nel modello, i ricercatori hanno usato una serie di trucchi sperimentali per fornire agli embrioni abbastanza proteina Gdf3 per formare il mesoderm e l'ipoblasto e per sopravvivere a fino agli stadi avanzati dello sviluppo embrionale.

Come preveduto, questi embrioni hanno mostrato i difetti da sinistra a destra nel modello. Le vescicole del loro Kupffer erano anormalmente simmetriche nella forma e l'espressione del pugile mancino notevolmente è stata diminuita, suggerente che gdf3 egualmente fosse richiesto per la segnalazione nodale ottimale durante gli stadi avanzati dello sviluppo embrionale. In questa fase, tuttavia, gdf3 embrionale sembra essere capace di fare il processo se gdf3 maternamente fornito è assente.

Nodale e proteine Vg1 sono conosciuti per legare l'un l'altro in altre specie. “Così, supponiamo che associazioni Gdf3 con Ndr1 e Ndr2 facilitare segnalazione nodale durante lo sviluppo di zebrafish, fungente da fattore essenziale nel modello embrionale,„ ha detto Pelliccia, un dottorando nella biologia molecolare. Il co-author Jindal utile il suo Ph.D. nell'organizzazione chimica e biologica nel 2017.

Contemporaneamente a Burdine ed ai colleghi, altri due gruppi di ricerca, piombo da Joe Yost all'università di Utah e da Alex Schier alla Harvard University, hanno fatto i simili risultati sul ruolo di gdf3 durante lo sviluppo di zebrafish. “Tutti e tre i gruppi hanno lavorato insieme co-per presentare e co-pubblicare nel eLife, permettente gli studenti addetti a tutti ottenga il credito per il loro duro lavoro,„ Burdine ha detto. “È un grande esempio di come la scienza dovrebbe essere fatta.„