Vor mehr als 20 Jahren, das Labor der entwicklungsbiologe Olivier Pourquié entdeckt eine Art der zellulären Uhr in Hühner-embryos, wo jeder “tick” regt die Bildung einer Struktur namens ein somite, die letztlich zu einem Wirbel.
In den darauf folgenden Jahren Pourquié und andere weiter beleuchtet die mechanik der so genannten Segmentierung Uhr in vielen Organismen, einschließlich der Erstellung der ersten Modelle der Uhr in einer Labor-Schale mit Maus-Zellen.
Während der Arbeit hat sich verbessert das wissen von normal und abnormal Wirbelsäule Entwicklung wurde noch niemand in der Lage zu bestätigen, ob die Uhr besteht beim Menschen—bis jetzt.
Pourquié führte eine von zwei separaten teams reporting Jan. 8 in der Natur , dass nach Jahrzehnten der Anstrengung, die Sie erstellt haben, das erste Labor-dish-Modelle der Segmentierung Uhr, dass die Verwendung von Stammzellen aus adulten menschlichen Gewebe.
Die Leistungen nicht nur der erste Beweis, dass die Segmentierung, die Uhr tickt beim Menschen, sondern auch die wissenschaftliche Gemeinschaft, die die erste in-vitro-Systeme für die Untersuchung von sehr frühen Wirbelsäule Entwicklung von Menschen.
“Wir wissen praktisch nichts über die menschliche Entwicklung des somites, welche die form zwischen der Dritten und vierten Woche nach der Befruchtung, bevor die meisten Menschen wissen, dass Sie Schwanger sind”, sagte Pourquié, professor von Genetik in der Blavatnik-Institut an der Harvard Medical School und einer der Hauptverantwortlichen Mitglied der Fakultät der Harvard Stem Cell Institute. “Unser system sollte eine leistungsfähige einer Untersuchung der zugrunde liegenden Verordnung der Segmentierung Uhr”.
“Unsere innovative experimentelle system erlaubt uns jetzt vergleichen, Maus und Mensch die Entwicklung Seite an Seite”, sagte Margarete Diaz-Cuadros, ein student im Aufbaustudium in der Pourquié lab und co-erste Autor des Harvard Medizinische Schule-führte Studie. “Ich bin aufgeregt, um zu enträtseln, was menschliche Entwicklung, einzigartig.”
Beide Modelle öffnen neue Türen für das Verständnis der Entwicklungsbedingungen der Wirbelsäule, wie angeborene Skoliose, sowie Krankheiten, die mit Geweben, die sich aus der gleichen region des Embryos, bekannt als die achsparallelen mesoderm. Dazu gehören die Skelettmuskulatur und braunes Fett im gesamten Körper, sowie Knochen, die Haut und die Auskleidung der Blutgefäße in den Kofferraum und zurück.
Pourquié hofft, dass die Forscher werden in der Lage sein, um die Verwendung der neuen Stammzell-Modelle zu erzeugen differenzierte Gewebe für die Forschung und klinische Anwendungen, wie z.B. Skelett-Muskel-Zellen zur Untersuchung Muskeldystrophie und braune Fettzellen studieren Typ-2-diabetes. Solche arbeiten würden die Grundlage für die Entwicklung neuer Behandlungen.
“Wenn Sie wollen, zu generieren Systeme, die nützlich für klinische Anwendungen, die Sie benötigen, um zu verstehen, die Biologie, die erste”, sagte Pourquié, der auch die Harvard Medical School Frank Burr Mallory Professor der Pathologie am Brigham and Women ‘ s Hospital. “Dann machen Sie das Muskelgewebe und es wird funktionieren.”
Obwohl die Wissenschaftler abgeleitet haben viele Arten von Gewebe, die durch Reprogrammierung von adulten Zellen in pluripotente Stammzellen und dann überreden Sie Sie entlang bestimmter Entwicklungspfade, Muskel-Gewebe erwies sich als stur. Am Ende jedoch, Pourquié und Kollegen entdeckten, dass Sie die transformation ermöglichen durch die Zugabe von nur zwei Chemische verbindungen, die Stammzellen, während Sie badete in einem standard-Wachstum Kulturmedium.
“Wir produzieren können achsparallele mesoderm-Gewebe mit über 90 Prozent Effizienz”, sagte Pourquié. “Es ist ein bemerkenswert guter start.”
Sein team erstellt ein ähnliches Modell abgeleitet aus embryonalen Maus-Zellen.
Die HMS Forscher waren überrascht zu finden, dass die Segmentierung, die Uhr begann zu ticken, in der Maus und menschlichen Zelle, die Gerichte, und dass die Zellen nicht zuerst angeordnet werden müssen, eine 3-D-Gerüst mehr eng ähneln die Körper.
“Es ist ziemlich spektakulär, dass es arbeitete in einem zwei-dimensionalen Modell”, sagte Pourquié. “Es ist ein Traum system.”
Das team fand heraus, dass die Segmentierung, die Uhr tickt alle 5 Stunden in den menschlichen Zellen und alle 2,5 Stunden in den Maus-Zellen. Der Unterschied in der Frequenz entspricht der Differenz in der Schwangerschaft die Zeit zwischen Mäusen und Menschen, so die Autoren.
Unter den nächsten Projekten für Pourquié Labor untersuchen was steuert die clock-variable Geschwindigkeit und ehrgeiziger, was regelt die Länge der embryonalen Entwicklung in verschiedenen Arten.
“Es gibt sehr viele, sehr interessante Probleme zu verfolgen”, sagte er.
Eine Dritte Gruppe, die die Veröffentlichung in der gleichen Ausgabe von Nature aufgedeckt, neue Einblicke in, wie Zellen synchronisieren in die Segmentierung, die Uhr mit der Maus-Embryonen entwickelt, um zu integrieren fluoreszierende Proteine.
Pourquié ist senior-Autor der HMS-led-Papier. Postdoc-Forscher Daniel Wagner von der HMS ist Erster co-Autor. Weitere Autoren verbunden sind mit der Universität Kyoto, RIKEN Center for Brain Science und der Brandeis University.
