Hvordan en dirigent giver mening med kaos i tidlige museembryoner

Tidlig embryonal udvikling er tumultarisk. Det involverer en hurtig række af begivenheder, herunder celledeling, differentiering og masser af rum, der bevæger sig rundt i hver celle. Som en orkesteroptræden, hvor hvert medlem af bandet skal begynde at spille på det nøjagtige rigtige tidspunkt og i perfekt harmoni, skal disse processer være præcist timet og koordineret for at sikre, at embryoet udvikler sig normalt.

Hvordan celler giver mening i dette kaos i begyndelsen af ​​et embryos udvikling er et åbent spørgsmål. Proteinet NKX1-2 en afgørende rolle, ifølge en ny undersøgelse offentliggjort i Stem Cell Reports af ICREA forskningsprofessor Pia Cosma ved Center for Genomic Regulation (CRG) i Barcelona og professor Andrea Califano Præsident for Chan Zuckerberg Biohub New York og professor ved Columbia University.

NKX1-2 opfører sig som et orkesters dirigent og sikrer dygtigt, at de genetiske instruktioner til udvikling af embryoet udføres korrekt og på de rigtige tidspunkter. Proteinet hjælper med at styre produktionen og organiseringen af ​​cellens maskineri til fremstilling af proteiner (som ribosomer) og er også afgørende for at holde kromosomerne organiseret og korrekt fordelt, når celler deler sig.

Da forskerne eksperimentelt hæmmede funktionen af ​​NKX1-2 i mus, fandt de ud af, at nukleolus (en del af kernen, der samler ribosomer) var alvorligt ændret, hvilket forstyrrede embryonets evne til at producere ribosomer korrekt. De fandt også ud af, at 2- til 4-celle-embryonerne ikke kunne fordele kromosomerne korrekt under celledeling og ville stoppe med at vokse på disse meget tidlige udviklingsstadier.

"NKX1-2 tilhører en proteinfamilie, som er kendt for at spille afgørende roller i tidlig udvikling og organdannelse. Mens vi vidste, at medlemmer af denne familie var vigtige i den generelle udvikling, var NKX1-2s specifikke rolle, især i tidlige embryonale stadier, ikke ikke godt forstået," forklarer Cosma.

"Det er spændende, at sådanne mekanistiske determinanter for embryogenese kunne identificeres ved at samle og udspørge et museembryonalt stamcelleregulerende netværk ved at bruge metoder, der oprindeligt er udviklet til kræftforskning," tilføjer Dr. Califano.

I betragtning af lighederne i tidlige udviklingsprocesser mellem mus og mennesker, giver resultaterne nye fingerpeg om uforklarlige årsager til udviklingsproblemer, herunder aborter. Aborter skyldes ofte kromosomafvigelser, som kan opstå fra problemer som dem, der er observeret i undersøgelsen - ukorrekt kromosomadskillelse og celledelingsfejl.

Yderligere forskning kunne undersøge, om der er et menneskeligt modstykke, der påvirker disse grundlæggende processer, som det gør i mus, og hvad der sker, når det fejler.

På trods af vigtigheden af ​​NKX1-2 i tidlig embryoudvikling, formoder forskerne, at flere 'ledere' mangler at blive opdaget. "NKX1-2 er udtrykt på meget lave niveauer, hvilket gør det ekstremt svært at opdage. Det er som at forsøge at finde en nål i en høstak ved hjælp af traditionelle metoder inden for biologi. Gentagelse af vores metoder kan hjælpe med at finde andre sjældne og kritiske elementer, der har været historisk set. overset," siger Dr. Cosma.

Flere oplysninger: Shoma Nakagawa et al., Den Wnt-afhængige masterregulator NKX1-2 styrer udvikling af mus før implantation, Stamcellerapporter (2024). DOI:10.1016/j.stemcr.2024.04.004

Journaloplysninger: Stamcellerapporter

Leveret af Center for Genomic Regulation