Náttúra: Sýnir kafla klukkur sem stjórna þroska hryggs

Fyrir meira en 20 árum uppgötvaði rannsóknarstofa þróunarlíffræðingsins Olivier Pourquié frumuklukku í kjúklingafósturvísum, þar sem hver „merki“ frumuklukkunnar ýtir undir svokallaða sómít) Uppbygging myndast og sómítinn sem myndast breytist í hryggjarlið.

Næstu ár notaði Pourquié og fleiri músafrumur til að smíða fyrstu líkönin af þessari svokölluðu skiptingu klukku í rannsóknarstofudiskum og framkvæmdu aðrar tilraunir til að skýra enn frekar þetta fyrirkomulag sundraðklukkna í mörgum lífverum.

Þrátt fyrir að þessar rannsóknaraðgerðir hafi bætt skilning á eðlilegri og óeðlilegri þróun hryggsins, hefur fram til þessa enginn getað staðfest hvort slík skipting klukka er til í mönnum.

Í nýrri rannsókn skýrðu Pourquié og rannsóknarteymi hans frá því að eftir áratuga erfiða vinnu notuðu þeir stofnfrumur unnar úr fullorðnum vefjum í ræktun á rannsóknarstofum til að smíða fyrstu lotuna af slíkri klukku líkan. Þetta afrek er ekki aðeins fyrsta vísbendingin um að sundurliðaður klukka tikki í mannslíkamann, heldur veitti vísindamönnum fyrstu in vitro líkönin til að rannsaka snemma þroska á mænu. Viðeigandi rannsóknarniðurstöður voru birtar á netinu í tímaritinu Nature þann 8. janúar 2020. Yfirskrift blaðsins var „In vitro characterization of the segmentation human“.

Pourquié sagði: "Við vitum nánast ekkert um þróun sarcomere mannslíkamans, sem myndast á milli þriðju viku og fjórðu viku eftir frjóvgun. Á þessum tíma vita flestar konur ekki að þær séu barnshafandi. Fyrirmynd okkar ætti að vera öflugt kerfi til að rannsaka grunnreglur kaflaklukka. “

"Nýjunga tilraunamódel okkar gerir okkur nú kleift að bera saman þróun músa og manna hlið við hlið. Ég er spennt að afhjúpa sérstöðu mannlegs þroska," sagði Margarete Diaz-Cuadros, fyrsti höfundur blaðsins og framhaldsnemi í Rannsóknarstofa Pourquié.

Þessar stofnfrumulíkön opna dyrnar að skilningi á þroska á mænu, svo sem meðfædda hryggskekkju, og sjúkdómum sem tengjast vefjum sem eru upprunnnir úr paraxial mesoderm. Þessir vefir innihalda beinvöðva og brúnan fitu um allan líkamann, svo og bein, húð og innveggir í æðum í skottinu og bakinu.

Pourquié vonar að vísindamenn geti notað þessar nýju stofnfrumulíkön til að búa til aðgreindar vefjarfrumur til rannsókna og klínískra aðgerða, svo sem beinagrindarvöðvafrumur fyrir vöðvaspennu og brúnar fitufrumur fyrir sykursýki af tegund 2.

Þrátt fyrir að vísindamenn hafi endurforritað fullorðnar frumur í örvaða pluripotent stofnfrumur (iPS frumur) og síðan valdið þeim að framleiða marga vefi eftir sérstökum þroskaferlum reyndist stoðkerfi vera erfitt að meðhöndla. Hins vegar uppgötvaði Pourquié og samstarfsmenn að lokum að þegar fengnar iPS-frumur voru sökkt í venjulegan vaxtarmiðil gæti viðbót af aðeins tveimur efnasamböndum stuðlað að myndun þeirra á stoðkerfi.

„Við getum framleitt vefi sem er upprunninn úr mesoxít í paraxial með um 90% skilvirkni. Þetta er mjög góð byrjun,“ sagði Pourquié.

Pourquié teymið notaði einnig stofnfrumur úr fósturvísum til að smíða svipaða líkan.

Pourquié-teymið var hissa á að komast að því að í músar- og mannfrumuræktardiskum byrjaði þessi hlutaklukka að merkja og að ekki þyrfti að setja þessar frumur á þrívíddar vinnupalla nær mannslíkamanum fyrst.

"Það er ótrúlegt að það virki í tvívíddar líkan. Þetta er tilvalin fyrirmynd," sagði Pourqui.

Pourquié teymið komst að því að þessi skipta klukka tikkar á 5 klukkustunda fresti í mannafrumur og á 2,5 klukkustunda fresti í músafrumum. Þeir sögðu að þessi tíðni væri í samræmi við mismuninn á meðgöngutíma músa og manna.

Eitt af næstu verkefnum Pourquie er að kanna hvað stýrir breytilegum hraða þessa skiptu klukku og það sem er metnaðarfyllra er það sem stjórnar þróun fósturvísis tíma í mismunandi tegundum. „Það eru mörg mjög áhugaverð mál sem þarf að taka á,“ sagði hann.