La signalisation moléculaire dynamique ondule des destins embryonnaires de contrôle

Le calage est tout pour de jeunes cellules attendant pour déterminer leurs identités.

Recherchez par le bioscientist Aryeh Warmflash de Rice University et les colonies homogènes d'expositions de Sapna Chhabra d'étudiant de troisième cycle des ondes moléculaires dynamiques de signalisation d'une utilité humaine de cellules souche embryonnaires qui réussissent de la cellule à la cellule et les déclenchent pour différencier.

Une fois qu'incitées, les cellules commencent à dispenser en trois couches de germe -- l'endoderme, mesoderm et ectoderm -- cela deviennent éventuel un embryon.

La découverte de riz contre des explications remontant à la recherche 1952 par le mathématicien britannique Alan Turing, qui a discuté des gradients de signalisation pourrait auto-dispenser par un mécanisme maintenant connu sous le nom d'instabilité de Turing. Un tel procédé permettrait théoriquement à un gradient stable des molécules de fournir des signes de différentes forces à chaque cellule.

Warmflash, Chhabra et leur exposition de collègues de tels gradients n'existent pas dans des colonies cellulaires et ce le procédé est bien plus dynamique que précédemment apprécié. Elles ont observé les colonies cellulaires logées et avaient l'habitude les modèles mathématiques pour déterminer qu'un tel mécanisme ne pourrait pas expliquer les configurations et les ondes de signalisation qu'elles ont vu la différenciation de déclencheur dans des couches de germe. Ces couches se transforment alors en organes, os, peau et sang.

Leur travail, détaillé dans la biologie de PLOS, vérifie des interactions dynamiques entre le véhicule blindé amphibie soviétique d'infanterie, le Wnt et les voies NODALES de signalisation en tant qu'élément d'une étude à long terme pour traduire le procédé par lequel une cellule fécondée unique devient un être humain. Pour faire ainsi, ils utilisent les plaques modelées par offre spéciale qui forcent des cellules souche à se développer dans les colonies circulaires minuscules.

Les chercheurs peuvent alors voir, mesurer et perturber les colonies pendant qu'ils progressent par les parties, formant des configurations des cellules différenciées mais ne progressant jamais à la remarque de devenir un embryon.

Dans l'étude actuelle, les chercheurs ont appliqué le véhicule blindé amphibie soviétique d'infanterie (protéine morphogénétique osseuse) aux colonies. Les signes transmis par cette voie ont fait commencer et mettre à jour les cellules une vague de signes de Wnt de cellule-à-cellule, qui se sont déplacés du périmètre vers le centre de la colonie.

Wnt, à leur tour, a commencé une vague de signes NODAUX qui ont déménagé indépendamment vers le centre. En mesurant la cascade, les chercheurs ont montré que la durée de la signalisation de véhicule blindé amphibie soviétique d'infanterie a déterminé la position du mesoderm -- la couche moyenne dans le développement précoce d'embryon -- tandis que Wnt et signes NODAUX upregulated la différenciation mesoderm.

Interactions entre les voies de signalisation déterminées où la sonnerie mesoderm commencée et arrêtée, ils rapportés.

Nous avons connu les signes chimiques importants mais, jusqu'ici, personne n'a observé l'activité de ces signes dans le temps et espace. En se concentrant sur le mesoderm, nous avons prouvé que la différenciation ne dépend pas d'un niveau particulier des signes l'uns des de produit chimique que les cellules emploient.

Pour l'instant, nous savons que la signalisation commence à l'arête de colonie et déménage dedans, et que la position (souillé mesoderm) des cellules rouges marque avec où des crêtes d'activité de Wnt, » il a dit. « Il y a seulement une certaine période de temps l'où elles peuvent réagir. »

Sapna Chhabra, l'auteur important du papier

Warmflash a dit que le temps où il prend pour que les signes obtiennent au centre de la colonie les maintient de la différenciation comme mesoderm aussi bien. « Le signe est déménager, complétant continuement toute la colonie, » il a dit. « Mais selon quand il obtient aux cellules particulières, ils ou ne répondront pas. Avant que l'onde les atteigne, les cellules au centre ont déjà décidé de devenir ectoderm. »

Les chercheurs ont observé que les cellules elles-mêmes émigrent, mais pas presque aussi rapidement que les signes de destin-modification qu'ils réussissent le long.

Ils ont également constaté que les cellules au périmètre de la colonie étaient une bonne adéquation pour ceux connus pour devenir les cellules placentaires dans l'embryon, Warmflash a dit.

« Il y est eu bien un morceau de la polémique dans le domaine plus de, que ces cellules représentent les cellules comme un placenta ou pas, » qu'il a dit. « Qui est parce que la décision pour aller bien à une cellule souche de l'embryon elle-même ou à devenir placenta devrait s'être produite avant que notre modèle entier commence même. »

Chhabra a examiné les gènes qui les cellules de périmètre exprès par l'ARN ordonnançant et comparé ils aux caractéristiques de ordonnancement récent publiées sur les cellules placentaires des embryons humains tôt.

« Qui nous a permis, en cet article, pour effectuer la première comparaison entre ces deux choses, » Warmflash a dit. « La ligne inférieure est ces cellules sont aussi bonne un modèle pour le placenta humain que les cellules souche sont pour l'embryon humain. Elle n'est pas parfaite, mais c'est un modèle passablement bon. »

Source:
Journal reference:

Chhabra, S., et al. (2019) Dissecting the dynamics of signaling events in the BMP, WNT, and NODAL cascade during self-organized fate patterning in human gastruloids. PLOS Biology. doi.org/10.1371/journal.pbio.3000498.