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Os cientistas examinam as causas moleculars da doença hereditária rara

Os cientistas no grupo de Ebisuya de EMBL Barcelona, com os colaboradores de RIKEN, universidade de Kyoto, e hospital de Meijo em Nagoya, Japão, estudaram os testes padrões de oscilação da expressão genética, coordenados através do tempo e do espaço dentro de um tecido crescido in vitro, para explorar as causas moleculars de uma doença hereditária humana rara conhecida como o dysostosis spondylocostal. Seus resultados são publicados na natureza.

Pulso de disparo da segmentação

Nossa coluna vertebral é uma estrutura altamente repetitiva - 33 vértebras de cima para baixo. Este regime é criado no embrião pela formação seqüencial de uma fileira longa das estruturas chamadas os somites (veja a imagem), que causam mais tarde as vértebras e os reforços. Este teste padrão periódico dos somites é criado por um grupo de genes conhecidos como o pulso de disparo da segmentação. As interacções moleculars dentro da pilha fazem com que a expressão destes genes oscile, com a actividade de gene que aumenta e que cai em um teste padrão regular ao longo do tempo (veja o filme abaixo). Para cada oscilação, um outro somite é formado. Os erros neste pulso de disparo da segmentação podem causar desordens hereditárias das vértebras, tais como o dysostosis spondylocostal da condição rara (SCD).

A dinâmica do pulso de disparo humano da segmentação e as doenças relacionadas não podem ser estudadas directamente em embriões humanos, assim que em cientista Mitsuhiro Matsuda da pesquisa de EMBL e em colaboradores tentados criar um sistema para estudar este processo no laboratório. Criaram as linha celular que cada um faltou um gene provavelmente a mutação causal de SCD - que pode ser causado por alguns de diversos genes - em pacientes diferentes. Cultivaram estas pilhas para criar as versões simplificadas de um embrião que mostram muitas das mesmas características. Quando as pilhas que faltam um gene chamaram HES7 não são mostradas oscilações, as pilhas que faltam os genes DLL3 e LFNG mostraram surpreendentemente oscilações intactos. Contudo, apesar das oscilações que ocorrem nestas linha celular a nível da único-pilha, não coordenaram correctamente através do tecido para formar oscilações colectivas sincronizadas ou ondas de viagem da actividade de gene.

Testes mais adicionais

Estas experiências demonstraram que o sistema que da cultura os cientistas criaram poderia revelar as mutações de SCD que tinham sido projectadas em pilhas de outra maneira saudáveis. Mas que sobre as pilhas dos pacientes do teste directamente? Estabeleceram uma linha celular nova de um paciente com uma mutação em DLL3, e testaram-na in vitro. Como esperado, esta linha celular não mostrou ondas de viagem. Para fornecer a evidência a mais forte que a mutação DLL3 era a causa, os pesquisadores usaram o gene que editam a ferramenta CRISPR-Cas9 para corrigir a mutação do paciente. Isto restaurou a sincronização normal do pulso de disparo da segmentação in vitro no tecido, mostrando que esta mutação específica era responsável.

O pulso de disparo da segmentação, o mecanismo que é a base das estruturas periódicas da coluna vertebral, foi recapitulado in vitro. Nós igualmente sucedemos em avaliar duas propriedades importantes do pulso de disparo da segmentação separada: oscilação e sincronização. HES7, DLL3, e LFNG foram sabidos já como genes causais de SCD. Mas, para muitos pacientes de SCD, os genes causais são ainda desconhecidos. Nosso objetivo seguinte é identificar um gene causal novo de SCD usando nosso modelo in vitro recentemente estabelecido.”

Miki Ebisuya, líder do grupo de EMBL

Source:
Journal reference:

Matsuda, M., et al. (2020) Recapitulating the human segmentation clock with pluripotent stem cells. Nature. doi.org/10.1038/s41586-020-2144-9.