Natura: revela rellotges de secció que regulen el desenvolupament de la columna vertebral humana

Fa més de 20 anys, el laboratori del biòleg del desenvolupament Olivier Pourquié va descobrir un rellotge cel·lular en embrions de pollastre, on cada "taca" del rellotge cel·lular promou una anomenada somita) Estructura i la somita resultant es converteix en una vèrtebra.

En els anys següents, Pourquié i altres van utilitzar cèl·lules del ratolí per construir els primers models d’aquest anomenat rellotge de segmentació en plats de laboratori i van dur a terme altres experiments per aclarir encara més aquest mecanisme de rellotges segmentats en molts organismes.

Tot i que aquests esforços de recerca han millorat la comprensió del desenvolupament normal i anormal de la columna vertebral, fins ara ningú no ha estat capaç de confirmar si existeix un rellotge tan segmentat en humans.

En un nou estudi, Pourquié i el seu equip d’investigació denuncien que després de dècades de treball dur, van utilitzar cèl·lules mare derivades de teixits adults en plats de cultiu de laboratori per construir el primer lot d’aquests rellotges. Aquesta fita no només és la primera evidència que un rellotge segmentat està marcant al cos humà, sinó que també va proporcionar als científics els primers models in vitro per estudiar el desenvolupament espinal humà precoç. Els resultats de la investigació rellevants es van publicar en línia a la revista Nature el 8 de gener de 2020. El títol del treball era "Caracterització in vitro del rellotge de segmentació humana".

Pourquié va dir: "No sabem gairebé res del desenvolupament del sarcomer del cos humà, que es forma entre la tercera setmana i la quarta setmana després de la fecundació. En aquest moment, la majoria de les dones no saben que estan embarassades. El nostre model hauria de ser ser un sistema potent per estudiar les regles bàsiques dels rellotges de secció. "

"El nostre innovador model experimental ara ens permet comparar el desenvolupament de ratolins i humans de forma paral·lela. Estic emocionat de revelar la singularitat del desenvolupament humà", va dir Margarete Diaz-Cuadros, co-primera autora del treball i estudiant de postgrau en. El laboratori de Pourquié.

Aquests models de cèl·lules mare obren la porta a comprendre les condicions del desenvolupament de la columna vertebral, com l’escoliosi congènita, i les malalties associades a teixits originaris del mesoderma paraxial. Aquests teixits inclouen múscul esquelètic i greix marró a tot el cos, així com els ossos, la pell i les parets internes dels vasos sanguinis al tronc i l'esquena.

Pourquié espera que els científics puguin utilitzar aquests nous models de cèl·lules mare per generar cèl·lules de teixit diferenciades per a la investigació i la pràctica clínica, com les cèl·lules musculars esquelètiques per a la distròfia muscular i els adipòcits marrons per a la diabetis tipus 2.

Tot i que els científics han reprogramat les cèl·lules adultes en cèl·lules mare pluripotents induïdes (cèl·lules iPS) i després les van induir a produir diversos teixits al llarg de vies de desenvolupament específiques, el teixit musculoesquelètic va resultar ser difícil de manejar. Tot i això, Pourquié i col·legues van descobrir que quan les cèl·lules iPS obtingudes es trobaven immerses en un mitjà de creixement estàndard, l’addició de només dos compostos podria afavorir la seva formació de teixit musculoesquelètic.

"Podem produir teixits originats per mesoderma paraxial amb un 90% d'eficiència. És un bon començament", va dir Pourquié.

L’equip de Pourquié també va utilitzar cèl·lules mare embrionàries per construir un model similar.

L’equip de Pourquié es va sorprendre de trobar que en els plats de cultiu de cèl·lules de ratolí i humà, aquest rellotge de secció va començar a marcar, i que aquestes cèl·lules no necessitaven col·locar-les en una bastida tridimensional més a prop del cos humà.

"És increïble que funcioni en un model bidimensional. És un model ideal", va dir Pourqui.

L’equip de Pourquié va comprovar que aquest rellotge segmentat es marca cada 5 hores a les cèl·lules humanes i cada 2,5 hores a les cel·les del ratolí. Van dir que aquesta diferència de freqüència és coherent amb la diferència en el temps d’embaràs del ratolí i l’home.

Un dels propers projectes de Pourquie és estudiar què controla la velocitat variable d’aquest rellotge segmentat, i el que és més ambiciós és el que regula el temps de desenvolupament embrionari en diferents espècies. "Hi ha molts problemes molt interessants que s'han de resoldre", va dir.