Científicos del EMBL Barcelona han resumido por primera vez en el laboratorio cómo se forman secuencialmente las estructuras celulares que dan lugar a los esqueletos.
En todos los vertebrados, la columna vertebral es el principal componente de soporte del esqueleto. No solo sirve como un sitio para la unión de los músculos, sino que también protege la médula espinal y las raíces nerviosas. Se sabe que ocurren trastornos genéticos raros debido a defectos en su desarrollo. Investigadores del grupo Ebisuya del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL) de Barcelona han creado una imagen en 3D en el laboratorio El modelo simula cómo se desarrollan las estructuras precursoras que conducen a la formación de la columna vertebral durante el desarrollo embrionario humano.
La columna vertebral se compone de 33 vértebras, que se componen de pares de estructuras precursoras llamadas somitas. El cuerpo no es solo nuestras vértebras, sino también nuestras costillas y los músculos esqueléticos. Para garantizar que estas estructuras se formen correctamente, el desarrollo de los somitas se regula rígidamente y cada par de somitas surge en un punto secuencial específico de la evolución. El reloj de división, un grupo de genes que generan ondas oscilantes, controla este proceso, y cada onda da lugar a un nuevo par de somitas.
Un par de somitas. Marcador nuclear azul (DAPI) y marcador apical rojo (ZO-1). Crédito: Grupo Ebisuya / EMBL
«Por primera vez, pudimos generar pares cíclicos de somitas humanos maduros asociados con el reloj de fragmentación en el laboratorio», dijo Marina Sanaki Matsumiya, primera autora del estudio publicado en la revista. Comunicaciones de la naturaleza Hoy (28 de abril de 2022). Usando este enfoque, los investigadores han desarrollado una imagen 3D en el laboratorio Un modelo de formación de somitas, también conocido como «somatogénesis».
Crear un poderoso proceso de formación física
El equipo cultivó células madre inducidas por humanos (hiPSC) en presencia de una mezcla de moléculas de señalización que estimulan la diferenciación celular. Tres días después, las células comenzaron a alargarse y crear axones anterior (superior) y posterior (inferior). En ese momento, los científicos agregaron Matrigel a la mezcla de cultivos. Matrigel es lo que algunos científicos llaman polvo mágico: una mezcla de proteínas importante para muchos procesos de crecimiento. Este proceso eventualmente condujo a la formación de somitas – en el laboratorio Ecuaciones de estructuras de precursores de somitas humanas.
Video de lapso de tiempo de la formación recurrente de somitas. Crédito: Grupo Ebisuya / EMBL
Para probar si el reloj de fragmentación regula la formación de cuerpos en estos somitas, los investigadores monitorearon los patrones de expresión de HES7, el gen primario involucrado en el proceso. Encontraron evidencia clara de oscilaciones, especialmente cuando la formación del cuerpo estaba a punto de comenzar. Los somitas que se formaron también tenían signos claros de morfogénesis epitelial, un paso importante en su maduración.
El tamaño del cuerpo importa
El grupo Ebisuya estudia cómo y por qué los humanos nos diferenciamos de otras especies en lo que respecta al desarrollo embrionario. Un sistema modelo que utilizan para comprender las diferencias entre especies es el reloj hash. En 2020, el grupo reveló que Período de oscilación La hora de hash humana es más larga que la hora de hash del ratón.
El estudio actual también muestra una asociación entre el tamaño de los somitas y la hora de fragmentación. «Los somitas que se generaron tenían un tamaño constante, independientemente del número de células utilizadas en los somitas primarios. Sanaki Matsumiya explicó que el tamaño del somita no aumentó incluso si aumentó el número de células inicial». un tamaño preferido específico de la especie, que puede determinarse mediante interacciones locales célula-célula, fragmentación del reloj u otros mecanismos».
Para seguir estudiando, Miki Ebisuya y su grupo ahora planean cultivar y comparar somitas de diferentes tipos. Los investigadores ya están trabajando en muchos tipos de mamíferos, incluidos conejos, vacas y rinocerontes, y están creando un «zoológico de células madre» en el laboratorio.
«Nuestro próximo proyecto se centrará en la formación de somitas de diferentes tipos y la medición de la proliferación celular y la velocidad de migración celular para determinar qué y cómo la composición de somitas difiere entre especies», dijo Ibisuya.
Referencia: «Formación cíclica de somitas epiteliales a partir de células madre pluripotentes humanas» 28 de abril de 2022 Disponible aquí. Comunicaciones de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41467-022-29967-1
