Un nuevo estudio indica un papel esencial para un gen heredado de la madre en el desarrollo embrionario. El estudio encontró que el pez cebra que no pudo heredar instrucciones genéticas específicas de la madre desarrolló defectos fatales antes en el desarrollo, incluso si el pez podía hacer su propia versión delgen. El estudio realizado por investigadores de la Universidad de Princeton fue publicado el 15 de noviembre en la revista eLife .
Cuando las hembras forman óvulos dentro de sus ovarios, depositan ARN mensajeros ARNm, una especie de conjunto de instrucciones genéticas, en el citoplasma de los óvulos. Después de la fertilización, estos ARNm suministrados por vía materna pueden traducirse en proteínas necesarias para elprimeras etapas del desarrollo embrionario, antes de que el embrión pueda producir ARNm y proteínas por sí mismo.
Hace más de treinta años, los investigadores descubrieron que los ARNm que codifican una proteína llamada Vg1 se depositan en el citoplasma de los huevos de rana. "Vg1 es famoso por ser uno de los primeros ARNm maternos reconocidos", dijo Rebecca Burdine, profesora asociada de biología molecular.en Princeton: "Se ha escrito una gran cantidad de documentos sobre cómo se localiza y regula este ARN, pero nunca estuvo claro qué hace realmente la proteína Vg1 en el embrión en desarrollo".
En el estudio, Burdine y dos estudiantes de posgrado, José Pelliccia y Granton Jindal, utilizaron la edición del gen CRISPR / Cas9 para eliminar Vg1, conocido como Gdf3 en el pez cebra. Embriones que no podían producir ningún Gdf3 propio, pero recibieron una porción saludabledel ARNm de gdf3 de sus madres, se desarrollaron perfectamente, pero los embriones que no recibieron ARNm de gdf3 materno mostraron defectos importantes al principio de su desarrollo, muriendo solo tres días después de la fertilización.
"Si la madre no suministra gdf3 al óvulo, el óvulo fertilizado no puede producir dos de los tres tipos principales de células necesarias para el desarrollo", dijo Burdine. "Los embriones carecen de todos los [tipos de células conocidos como] mesodermo y endodermoy quedan con piel y algo de tejido neural, [que se deriva del tercer tipo de células principales, el ectodermo] ".
Vg1 / Gdf3 es miembro de la familia de moléculas de señalización celular TGF-beta. Se requieren otros dos miembros de esta familia, Ndr1 y Ndr2, para formar el mesodermo y el endodermo temprano en el desarrollo del pez cebra. Embriones que carecen de aspecto gdf3 suministrado por vía maternamuy similar a los embriones que carecen de ambas proteínas, que son análogas a las proteínas Nodal 1 y 2 en mamíferos.
Los investigadores encontraron que se requiere gdf3 materno para que Ndr1 y Ndr2 señalen a los niveles necesarios para inducir adecuadamente la formación de células de mesodermo y endodermo en embriones de pez cebra tempranos. En ausencia de gdf3, la señalización de Ndr1 y Ndr2 se reduce drásticamente y es embrionariael desarrollo va mal
La señalización nodal también se requiere más adelante en el desarrollo del pez cebra cuando ayuda a establecer diferencias entre los lados izquierdo y derecho del embrión en desarrollo. Esto lo hace, en parte, dirigiendo la formación de un órgano conocido como vesícula de Kupffer, cuya forma asimétricaayuda a determinar los lados izquierdo y derecho del embrión. Posteriormente, la señalización nodal induce la expresión de una tercera proteína nodal, llamada zurdo, en un grupo de células mesodermo en el lado izquierdo del embrión.
Para investigar si el ARNm de gdf3 suministrado por la madre también desempeña un papel en el patrón izquierdo-derecho, los investigadores utilizaron una serie de trucos experimentales para suministrar embriones con suficiente proteína Gdf3 para formar el mesodermo y el endodermo y sobrevivir hasta las últimas etapas del desarrollo embrionario.
Como se predijo, estos embriones mostraron defectos en el patrón izquierdo-derecho. Sus vesículas de Kupffer tenían una forma anormalmente simétrica, y la expresión de zurdo se redujo en gran medida, lo que sugiere que gdf3 también es necesario para la señalización nodal óptima durante las etapas posteriores del desarrollo embrionario. En este momentoSin embargo, la etapa embrionaria de gdf3 parece ser capaz de hacer el trabajo si gdf3 suministrado por vía materna está ausente.
Se sabe que las proteínas Nodal y Vg1 se unen entre sí en otras especies. "Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que Gdf3 se combina con Ndr1 y Ndr2 para facilitar la señalización Nodal durante el desarrollo del pez cebra, actuando como un factor esencial en el diseño embrionario", dijo Pelliccia,estudiante de posgrado en biología molecular. El coautor Jindal obtuvo su doctorado en ingeniería química y biológica en 2017.
Al mismo tiempo que Burdine y sus colegas, otros dos grupos de investigación, liderados por Joe Yost en la Universidad de Utah y Alex Schier en la Universidad de Harvard, hicieron hallazgos similares sobre el papel de gdf3 durante el desarrollo del pez cebra ". Los tres grupos trabajaron juntospara enviar y publicar conjuntamente eLife , permitiendo que todos los estudiantes involucrados obtengan crédito por su arduo trabajo ", dijo Burdine." Es un gran ejemplo de cómo se debe hacer la ciencia ".
La investigación fue financiada por el Instituto Nacional Eunice Kennedy Shriver de Salud Infantil y Desarrollo Humano subvención R01HD048584 y la National Science Foundation beca de investigación de posgrado DGE 1148900.
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Materiales proporcionados por Universidad de Princeton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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