La segnalazione molecolare dinamica ondeggia i destini embrionali di controllo

La sincronizzazione è tutto per le giovani celle che aspettano per determinare le loro identità.

Ricerchi dal bioscientist Aryeh Warmflash di Rice University e dalle colonie omogenee di manifestazioni di Sapna Chhabra del dottorando delle onde molecolari dinamiche di segnalazione di uso umano delle cellule staminali embrionali che passano dalla cella alla cella e le avviano per differenziarsi.

Una volta che richieste, le celle cominciano ad organizzare nei tre strati germinativi -- l'ipoblasto, mesoderm ed ectoderm -- quello infine si trasforma in in un embrione.

La scoperta del riso ricambia la ricerca di spiegazioni risalente del 1952 dal matematico britannico Alan Turing, che ha discusso i gradienti di segnalazione potrebbe auto-organizzare attraverso un meccanismo ora conosciuto come un'instabilità di Turing. Un tal trattamento permetterebbe teoricamente che un gradiente stabile delle molecole consegni i segnali delle resistenze differenti ad ogni cella.

Warmflash, Chhabra e la loro manifestazione dei colleghi tali gradienti non esistono nelle colonie di cellula staminale e quello il trattamento è molto più dinamico precedentemente dell'apprezzato di. Hanno osservato le colonie di cellula staminale limitate ed hanno usato i modelli matematici per determinare che un tal meccanismo non potrebbe spiegare i reticoli e le onde che di segnalazione hanno veduto la differenziazione di grilletto negli strati germinativi. Questi livelli poi si trasformano negli organi, disossano, interfaccia e sangue.

Il loro lavoro, dettagliato nella biologia di PLOS, studia le interazioni dinamiche fra il BMP, il Wnt e le vie NODALI di segnalazione come componente di uno studio a lungo termine per decodificare il trattamento tramite cui una singola cella fertilizzata diventa un essere umano. Per agire in tal modo, utilizzano le lastre grosse modellate speciale che forzano le cellule staminali svilupparsi nelle colonie circolari minuscole.

I ricercatori possono poi vedere, misurare e perturbare le colonie mentre progrediscono attraverso le fasi più iniziali, formanti i reticoli delle celle differenziate ma non diventanti mai il punto di trasformarsi in un embrione.

Nello studio corrente, i ricercatori hanno applicato il BMP (proteina morfogenetica dell'osso) alle colonie. I segnali trasmessi con questa via hanno indotto le celle ad iniziare e mantenere un'ondata di segnali di Wnt della cella--cella, che hanno viaggiato dal perimetro verso il centro della colonia.

Wnt, a sua volta, ha iniziato un'ondata di segnali NODALI che hanno avanzato indipendente verso il centro. Misurando la cascata, i ricercatori hanno mostrato che la durata di segnalazione del BMP ha determinato la posizione del mesoderm -- il livello medio nello sviluppo iniziale dell'embrione -- mentre Wnt ed i segnali NODALI upregulated la differenziazione mesoderm.

Interazioni fra le vie di segnalazione determinate dove l'anello mesoderm iniziato ed interrotto, essi ha riferito.

Non abbiamo conosciuto i segnali chimici importanti ma, finora, nessuno abbiamo osservato l'attività di questi segnali nello spazio e nel tempo. Mettendo a fuoco sul mesoderm, abbiamo indicato che la differenziazione non dipende da un livello particolare di c'è ne dei segnali che del prodotto chimico le celle usano.

Per ora, sappiamo che segnalare comincia alla barriera della colonia e si muove dentro e che la posizione (macchiato mesoderm) delle celle rosse correla con dove picchi di attività di Wnt,„ ha detto. “C'è soltanto un determinato periodo di tempo in cui possono reagire.„

Sapna Chhabra, l'autore principale del documento

Warmflash ha detto che il tempo richiede affinchè i segnali ottenesse al centro della colonia li tiene dalla differenziazione come mesoderm pure. “Il segnale è che muoversi, riempiente continuamente nell'intera colonia,„ ha detto. “Ma secondo quando ottiene alle celle particolari, o non risponderanno. Prima che l'onda li raggiunga, le celle al centro già hanno deciso di diventare ectoderm.„

I ricercatori hanno osservato che le celle stesse migrano un piccolo, ma non quasi velocemente quanto i segnali che d'alterazione si passano.

Egualmente hanno trovato che le celle al perimetro della colonia erano una buona corrispondenza per quelle conosciute per diventare celle placentari nell'embrione, Warmflash ha detto.

“C'è stato abbastanza un bit di controversia nel campo più se queste celle rappresentano le celle del tipo di placenta o non,„ che ha detto. “Che è perché la decisione per stare bene ad una cellula staminale dell'embrione stessa o da trasformarsi in in placenta dovrebbe accadere prima dei nostri interi anche inizio di modello.„

Chhabra ha esaminato i geni che le celle di perimetro precise da RNA che ordina e confrontato loro recentemente al pubblicato a ordinando i dati sulle celle placentari dagli embrioni umani in anticipo.

“Che ci ha permessi, in questo documento, raffrontare primo quelle due cose,„ Warmflash ha detto. “La riga inferiore è queste celle è buona un modello per la placenta umana come le cellule staminali sono per l'embrione umano. Non è perfetta, ma è un modello ragionevolmente buon.„

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.