A sinalização molecular dinâmica acena destinos embrionários do controle

O sincronismo é tudo para as pilhas novas que esperam para determinar suas identidades.

Pesquise pelo bioscientist Aryeh Warmflash de Rice University e por colônias homogéneas das mostras de Sapna Chhabra do aluno diplomado das ondas moleculars dinâmicas da sinalização do uso humano das células estaminais embrionárias que passam da pilha à pilha e as provocam para se diferenciar.

Uma vez que alertadas, as pilhas começam a organizar nas três camadas de germe -- o endoderme, mesodermo e ectoderme -- aquele transforma-se finalmente um embrião.

A descoberta do arroz opor a pesquisa das explicações 1952 pelo matemático britânico Alan Turing, que argumentiu inclinações da sinalização poderia auto-organizar através de um mecanismo conhecido agora como uma instabilidade de Turing. Tal processo permitiria teòrica que um inclinação estável das moléculas entregasse sinais de forças diferentes a cada pilha.

Warmflash, Chhabra e sua mostra dos colegas tais inclinações não existem em colônias de célula estaminal e aquele o processo é distante mais dinâmico do que apreciado previamente. Observaram colônias de célula estaminal limitadas e usaram modelos matemáticos para determinar que tal mecanismo não poderia explicar os testes padrões e as ondas que de sinalização viram a diferenciação do disparador em camadas de germe. Estas camadas transformam então em órgãos, em osso, em pele e em sangue.

Seu trabalho, detalhado na biologia de PLOS, investiga interacções dinâmicas entre o BMP, o Wnt e os caminhos NODAIS da sinalização como parte de um estudo a longo prazo para descodificar o processo por que uma única pilha fertilizada se transforma ser humano. Para fazer assim, usam as placas modeladas special que forçam células estaminais a crescer em colônias circulares minúsculas.

Os pesquisadores podem então ver, medir e molestar as colônias como progridem através das fases muito as mais adiantadas, formando testes padrões de pilhas diferenciadas mas nunca progredindo ao ponto de transformar-se um embrião.

No estudo actual, os pesquisadores aplicaram BMP (proteína morfogenética do osso) às colônias. Os sinais transmitidos com este caminho fizeram com que as pilhas começassem e mantivessem uma onda dos sinais de Wnt da pilha-à-pilha, que viajaram do perímetro para o centro da colônia.

Wnt, por sua vez, iniciou uma onda dos sinais NODAIS que se moveram independente para o centro. Medindo a cascata, os pesquisadores mostraram que a duração da sinalização do BMP determinou a posição do mesodermo -- a camada média na revelação adiantada do embrião -- quando Wnt e os sinais NODAIS upregulated a diferenciação mesoderma.

Interacções entre os caminhos da sinalização determinados onde o anel mesodermo começado e parado, eles relatou.

Nós não conhecemos os sinais químicos importantes mas, até aqui, ninguém observamos a actividade destes sinais no espaço e no tempo. Focalizando no mesodermo, nós mostramos que a diferenciação não é dependente de um nível particular de alguns dos sinais que do produto químico as pilhas se usam.

Por agora, nós sabemos que sinalizar começa na borda da colônia e se move dentro, e que a posição (manchado mesodermo) de pilhas vermelhas correlaciona com onde picos da actividade de Wnt,” disse. “Há somente um determinado período de tempo em que podem reagir.”

Sapna Chhabra, o autor principal do papel

Warmflash disse que o tempo onde toma para que os sinais obtenham ao centro da colônia os mantem da diferenciação como mesoderma também. “O sinal é mover-se, enchendo-se continuamente na colônia inteira,” disse. “Mas segundo quando obtem às pilhas particulares, ou não responderão. Antes que a onda os alcançar, as pilhas no centro têm decidido já tornar-se ectodermes.”

Os pesquisadores observaram que as pilhas elas mesmas migram um pouco, mas não quase tão rapidamente quanto os sinais que dealteração passam avante.

Igualmente encontraram que as pilhas no perímetro da colônia eram um bom fósforo para aquelas conhecidas para se transformar pilhas placental no embrião, Warmflash disse.

“É havido bastante um bit da controvérsia no campo sobre se estas pilhas representam placenta-como pilhas ou não,” que disse. “Que é porque a decisão para assentar bem em uma célula estaminal do embrião própria ou a se transformar placenta deve ter acontecido antes que nosso modelo inteiro começar mesmo.”

Chhabra examinou os genes que as pilhas do perímetro expressas pelo RNA que arranja em seqüência e comparado lhes ao publicado recentemente arranjando em seqüência dados em pilhas placental dos embriões humanos adiantados.

“Que nos permitiu, neste papel, para fazer a primeira comparação entre aquelas duas coisas,” Warmflash disse. “Os ganhos líquidos são estas pilhas são tão bons um modelo para a placenta humana como as células estaminais são para o embrião humano. Não são perfeitos, mas é um modelo razoavelmente bom.”

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.