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Il nuovo modello generativo ha ampie implicazioni in biologia dello sviluppo, medicina a ricupero

I vari moduli degli organismi multicellulari complessi si sono evoluti su terra, variante dal carterii semplice del Volvox che possiedono soltanto 2 tipi delle cellule a noi esseri umani con più di 200 tipi delle cellule. Tutti provengono da un singolo zygote celled ed i loro trattamenti inerenti allo sviluppo dipendono dal regolamento del tipo di opzione del gene.

Questi trattamenti sono stati studiati nei minimi particolari all'interno di alcuni organismi di modello quali i elegans del verme C. e del melanogaster della mosca di frutta D. Egualmente è conosciuto che le molecole ed i meccanismi chiave che sono compresi nello sviluppo degli organismi multicellulari altamente sono conservati attraverso le specie.

Che cosa è egualmente notevole è che soltanto una manciata di molecole e meccanismi che entrano in sviluppo di un organismo multicellulare può generare così diversità enorme dei moduli e della complessità. Recentemente, ricercatori dal centro per gli argomenti molli e viventi all'interno dell'istituto per scienza di base esaminatrice come questo è possibile facendo uso di un modello matematico semplice.

Attraverso questo lavoro, hanno cercato di rispondere a due apparentemente di fronte alle domande: che cosa sono i limiti di diversità che possono essere generati con lo sviluppo ed il che caratteristiche comuni sono divise fra tutti gli organismi multicellulari durante il loro sviluppo.

Tre trattamenti sono comuni allo sviluppo biologico in tutti gli organismi multicellulari: divisione cellulare, segnalazione cellulare e regolamento del gene. Come tale, milioni generati del modello di questo studio di queste norme ed esplorati loro in un modo imparziale.

I rilievi generati dal modello rappresentano come un tipo delle cellule converte in un altro durante la vita dell'organismo. Tradizionalmente, il tipo precedente mappe delle cellule basate sul transcriptomics unicellulare è influenzato per essere del tipo di albero, con le cellule staminali che si siedono alla root dell'albero e delle celle sempre più specializzate che compaiono a valle lungo i rami dell'albero.

Tuttavia, le mappe cella tipe prodotte dal nuovo modello matematico erano lontano da del tipo di albero; è stato trovato che c'erano molti legami incrociati fra i rami differenti dei tipi delle cellule. Questi hanno provocato i grafici aciclici diretti e gli stirpi dell'albero sono stati trovati per essere il più minimo il prevalente. Ciò significa che è possibile che gli itinerari inerenti allo sviluppo multipli convergano sulla cella terminale digita dentro le mappe generate dal modello.

Sorprendente, egualmente è stato trovato che molti organismi prodotti dal modello matematico sono stati dotati davanti la capacità di rigenerare le celle perse, senza alcuna selezione imposta dagli autori. Quando un tipo unicellulare è isolato dall'organismo adulto, l'unicellulare potrebbe trasformare in e riempire tutti i altri tipi delle cellule.

Questa capacità di generare tutte le celle dell'organismo è chiamata pluripotency e queste celle hanno accordato agli organismi nel modello l'abilità di rigenerazione dell'intero-organismo. Interessante, la maggior parte dei stirpi albero tipi hanno contenuto poche celle pluripotent, rispetto all'altro grafico digita.

Mentre i mammiferi, compreso gli esseri umani, sono particolarmente cattivi a rigenerare le parti nocive, molti animali quali i vermi e la hydra, sia eccezionalmente buono a questa abilità. Infatti, la rigenerazione dell'intero-organismo si presenta ampiamente attraverso l'albero della vita animale multicellulare e quindi è stato supposto che la rigenerazione dell'intero-organismo potrebbe essere un epiphenomenon dello sviluppo biologico stesso.

Il fatto che il pluripotency si è presentato in questo modello molto semplificato suggerisce che questo tratto sia effettivamente probabile emergere dovuto il trattamento dello sviluppo stesso e nessun componenti extra speciali è richiesto per stabilirlo.

Oltre a questi risultati, è anticipato che la struttura di questo modello può essere usata per studiare molti altri aspetti dello sviluppo. Questo modello generativo è semplice e modulare e può essere ampliato facilmente per esplorare i trattamenti importanti che non sono stati inclusi nello studio presente, quali l'effetto della disposizione spaziale delle celle e l'effetto della morte delle cellule.

I ricercatori avanzano hanno descritto alcuni esperimenti in vivo possibili per provare alcune delle previsioni fatte dal loro modello matematico. È sperato che la struttura di questo modello risulti utile per scoprire le nuove funzionalità dello sviluppo, che possono avere una vasta gamma di implicazioni nella biologia dello sviluppo e nella medicina a ricupero.

Source:
Journal reference:

Mani, S & Tlusty, T., (2021) A comprehensive survey of developmental programs reveals a dearth of tree-like lineage graphs and ubiquitous regeneration. BMC Biology. doi.org/10.1186/s12915-021-01013-4.