Alam: Mendedahkan jam seksyen yang mengawal perkembangan tulang belakang manusia

Lebih dari 20 tahun yang lalu, makmal biologi perkembangan Olivier Pourquié menemui jam tangan dalam embrio ayam, di mana setiap "semak" jam selular mempromosikan sesuatu yang dikenali sebagai somite) Struktur dibentuk, dan somalis yang dihasilkan bertukar menjadi tulang belakang.

Pada tahun-tahun berikutnya, Pourquié dan lain-lain menggunakan sel-sel tetikus untuk membina model pertama jam segmen yang disebut dalam hidangan makmal ini dan menjalankan eksperimen lain untuk menjelaskan lagi Mekanisme ini mengenai jam segmen dalam banyak organisma.

Walaupun usaha penyelidikan ini telah meningkatkan kefahaman tentang perkembangan tulang belakang normal dan tidak normal, sehingga kini tiada siapa yang dapat mengesahkan sama ada jam segmen itu ada pada manusia.

Dalam satu kajian baru, Pourquié dan pasukan penyelidikannya melaporkan bahawa selepas beberapa dekad kerja keras, mereka menggunakan sel stem yang berasal dari tisu dewasa di dalam masakan budaya makmal untuk membina kumpulan pertama jam jam tersebut. Pencapaian ini bukan sahaja merupakan bukti pertama bahawa jam segmen berdetik di tubuh manusia, tetapi juga menyediakan para saintis dengan model in vitro pertama untuk mengkaji perkembangan awal tulang belakang manusia. Keputusan penyelidikan yang relevan telah diterbitkan secara online dalam jurnal Nature pada 8 Januari 2020. Tajuk kertas itu adalah "Pencirian in vitro dari segmen segmentasi manusia".

Pourquié berkata, "Kami tidak mengetahui apa-apa tentang perkembangan sarcomere tubuh manusia, yang terbentuk antara minggu ketiga dan minggu keempat selepas persenyawaan. Pada masa ini, kebanyakan wanita tidak tahu bahawa mereka mengandung. menjadi Sistem yang kuat untuk mengkaji peraturan dasar jam seksyen. "

"Model eksperimen kami yang inovatif kini membolehkan kami membandingkan pembangunan tikus dan manusia berdampingan dengan saya dan saya gembira untuk mendedahkan keunikan pembangunan manusia," kata Margarete Diaz-Cuadros, pengarang pertama kertas dan pelajar siswazah Makmal Pourquié.

Model-model sel stem ini membuka pintu untuk memahami keadaan perkembangan tulang belakang, seperti skoliosis kongenital, dan penyakit yang berkaitan dengan tisu yang berasal dari mesoderm paraxial. Tisu-tisu ini termasuk otot rangka dan lemak coklat di seluruh badan, serta tulang, kulit, dan dinding dalaman salur darah di dalam batang dan belakang.

Pourquié berharap para saintis dapat menggunakan model sel stem baru untuk menghasilkan sel tisu yang berbeza untuk penyelidikan dan amalan klinikal, seperti sel otot rangka untuk distrofi otot dan adipocy coklat untuk diabetes jenis 2.

Walaupun saintis telah memprogramkan sel dewasa ke dalam sel stem pluripotent (sel iPS) dan kemudian menyebabkan mereka menghasilkan pelbagai tisu sepanjang jalur perkembangan tertentu, tisu muskuloskeletal terbukti sukar untuk ditangani. Walau bagaimanapun, Pourquié dan rakan sekerja akhirnya mendapati bahawa apabila sel-sel iPS yang diperolehi tertindas dalam medium pertumbuhan standard, penambahan hanya dua sebatian dapat mempromosikan pembentukan tisu muskuloskeletal.

"Kami boleh menghasilkan tisu yang berasal dari mesoderm paraxial dengan kira-kira 90% kecekapan. Ini adalah permulaan yang sangat baik," kata Pourquié.

Pasukan Pourquié juga menggunakan sel stem embrio untuk membina model yang serupa.

Pasukan Pourquié terkejut mendapati dalam tetikus dan hidangan budaya sel manusia, jam seksyen ini mula berdetik, dan sel-sel ini tidak perlu diletakkan pada perancah tiga dimensi yang lebih dekat dengan tubuh manusia terlebih dahulu.

"Sungguh mengagumkan bahawa ia berfungsi dalam model dua dimensi, model yang ideal," kata Pourqui.

Pasukan Pourquié mendapati bahawa jam segmen ini menyentuh setiap 5 jam dalam sel manusia dan setiap 2.5 jam dalam sel tikus. Mereka mengatakan bahawa perbezaan frekuensi ini selaras dengan perbezaan dalam tetikus dan masa kehamilan manusia.

Salah satu projek seterusnya Pourquie ialah mengkaji apa yang mengawal kadar pembolehubah jam segmen ini, dan apa yang lebih bercita-cita adalah apa yang mengawal masa perkembangan embrio dalam spesies yang berbeza. "Terdapat banyak isu menarik yang perlu ditangani," katanya.