Un equipo de biólogos, físicos y modeladores matemáticos en Cambridge ha estudiado la actividad genética de más de 100,000 células embrionarias para establecer el modelo molecular del desarrollo embrionario temprano del ratón. Esta nueva investigación proporciona información fundamentalmente importante sobre cómo se desarrollan los embriones de mamíferos durante la gastrulación, unetapa clave de desarrollo, y allana el camino para una nueva comprensión de las primeras etapas de la vida.
El eminente biólogo Lewis Wolpert afirmó que "no es el nacimiento, el matrimonio o la muerte, sino la gastrulación el momento más importante en su vida". La gastrulación representa el proceso en el desarrollo animal y humano mediante el cual las células precursoras en el embriónprogramarse genéticamente para generar todos los diferentes órganos del cuerpo, incluidos el cerebro, el corazón, los pulmones, los intestinos y los músculos. La gastrulación es un paso fundamental en el desarrollo del embrión, sin embargo, la comprensión detallada de este proceso a nivel molecular tiene, hastaahora, ha sido limitado.
En un estudio publicado en Naturaleza los científicos de Cambridge han generado el primer mapa molecular completo de gastrulación en mamíferos. Midiendo la actividad genética en 116,312 células individuales dentro del embrión de ratón entre 6,5 y 8,5 días después de la fertilización, los investigadores han establecido el modelo molecular para el desarrollo embrionario de mamíferos.
Los investigadores utilizaron tecnología de células únicas de vanguardia para medir qué genes se activan en el embrión de ratón a través de varios puntos de tiempo secuenciales. Comenzando con solo un pequeño número de tipos de células distintas detectadas al comienzo de la gastrulación, ellas células se ramifican en más de 30 tipos de células diferentes con diferentes perfiles genéticos, todo en un lapso de tiempo de solo 48 horas.
Los análisis computacionales permitieron a los científicos generar "mapas interactivos" donde cada célula está representada por un punto, y las células con perfiles moleculares similares se colocan cerca unas de otras. Estos nuevos mapas, que están disponibles gratuitamente en línea para que otros investigadores los usen,ilustran las trayectorias del desarrollo celular de un tipo de célula al siguiente y muestran los procesos genéticos precisos que permiten que todas las células y órganos del cuerpo se desarrollen desde sus orígenes embrionarios tempranos.
"Nuestro nuevo mapa proporciona un modelo molecular para describir cómo se desarrolla el desarrollo embrionario en condiciones normales. Nos permite ver qué diferentes conjuntos de genes se activan cuando las células embrionarias no especificadas proliferan y se diversifican en todos los tipos de células específicas en todo el cuerpo", dijoProfesor Bertie Göttgens, líder del grupo en el Wellcome-MRC Cambridge Stem Cell Institute. "El mapa también es un punto de referencia invaluable para comprender cómo las mutaciones genéticas pueden interrumpir el crecimiento del embrión y causar trastornos y enfermedades del desarrollo".
Los investigadores probaron el nuevo mapa molecular al investigar Tal1, un gen que es esencial para el desarrollo sanguíneo normal, pero si se activa en las células equivocadas, puede causar leucemia. Al comparar el atlas de referencia con más de 10,000 células mutantes Tal1, los investigadores fueroncapaz de descifrar las consecuencias de la mutación genética Tal1.
"Para investigar el papel de Tal1 en el desarrollo de la sangre, mezclamos células madre embrionarias que llevan el gen Tal1 mutado con embriones normales muy tempranos para hacer quimeras", explicó la profesora Jenny Nichols, líder del grupo en el Instituto de Células Madre Cambridge Wellcome-MRC."Debido a que estas quimeras aún podían producir sangre de sus células normales, pudimos estudiar las células mutantes en su contexto biológico apropiado".
El Dr. John Marioni, líder del grupo en el Instituto Europeo de Bioinformática de EMBL EMBL-EBI y el Instituto de Investigación del Cáncer del Reino Unido de Cambridge dijo: "Al comparar nuestros datos experimentales con los datos recopilados dentro del mapa molecular, pudimos descifrar con precisión qué erasucediendo dentro de las células con genes Tal1 mutantes. Pudimos ver que las células mutantes no estaban simplemente atascadas, o decidían convertirse en un tipo celular diferente, sino que las células comenzaron a expresar una amplia gama de genes diferentes, como siestaban confundidos sobre en qué tipo de célula deberían madurar "
Investigar la base genética del desarrollo de la sangre es solo una de las formas en que el nuevo mapa molecular podría usarse para comprender los procesos normales y de la enfermedad. La naturaleza extensa del mapa, que contiene información molecular sobre todos los tipos de células en desarrollo en el embrión, seráPermitir a otros investigadores obtener una comprensión más profunda de cómo se desarrolla una gama completa de órganos, lo que a su vez permitirá a los científicos desarrollar nuevos protocolos para la producción de auténticos tipos de células para la detección de drogas, así como terapias destinadas a regenerar órganos enfermos o envejecidos.
La Dra. Sheny Chen del equipo de Ciencias Celulares y del Desarrollo de Wellcome dijo: "Al armar este 'mapa molecular' de cómo se desarrollan las células en un embrión de ratón, los investigadores han creado un recurso importante y útil para la comunidad investigadora. La ciencia es una colaboraciónesfuerzo y este equipo de biólogos, físicos y matemáticos han podido obtener una nueva comprensión de la gastrulación, un proceso fundamental en el desarrollo que genera las tres capas celulares que dan lugar a todos los órganos del cuerpo ".
El equipo agradece el apoyo de Wellcome, el Consejo de Investigación Médica, Bloodwise, Cancer Research UK, los Institutos Nacionales de Salud y el Laboratorio Europeo de Biología Molecular.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Cambridge . La historia original tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :