Un equipo de investigación del Instituto Max Planck de Genética Molecular en Berlín ha explorado el papel de los factores en el desarrollo embrionario que no alteran la secuencia del ADN, sino que solo modifican epigenéticamente su "empaquetado". En la revista científica Naturaleza describen cómo los mecanismos reguladores contribuyen a la formación de diferentes tejidos y órganos en los primeros embriones de ratón.
Un óvulo fecundado se convierte en un organismo completo con multitud de tejidos y órganos diferentes, aunque la información genética es exactamente la misma en cada célula. Un complejo mecanismo de moléculas regula qué célula del cuerpo cumple cada tarea y determina la adecuadatiempo y lugar para activar cada gen.
Los factores reguladores epigenéticos son parte de este mecanismo molecular y actúan para modificar el "empaquetado" de la molécula de ADN sin alterar la información genética subyacente. Específicamente, actúan para marcar el ADN y controlar a qué partes se puede acceder en cada célula.
La mayoría de estos reguladores son esenciales y los embriones que carecen de ellos tienden a morir durante el tiempo de desarrollo cuando los órganos comienzan a emerger. Sin embargo, estos reguladores pueden tener funciones específicas que difieren en cada célula, lo que los hace difíciles de estudiar.ha sido un obstáculo importante para el estudio de estas proteínas, que no solo son relevantes para el desarrollo de los embriones, sino que también participan en la formación del cáncer.
examen detallado de embriones
"El mismo regulador está presente en todas las células, pero puede tener tareas muy diferentes, según el tipo de célula y el tiempo de desarrollo", dice Stefanie Grosswendt, una de las primeras autoras de un nuevo estudio en la revista científica Nature.
Grosswendt y su colega Helene Kretzmer del laboratorio de Alexander Meissner en el Instituto Max Planck de Genética Molecular MPIMG en Berlín junto con Zachary Smith de la Universidad de Harvard, MA, ahora han logrado dilucidar la importancia de los reguladores epigenéticos para el desarrollo embrionario con una tecnología sin precedentesprecisión.
Los investigadores analizaron diez de los reguladores epigenéticos más importantes. Usando el sistema CRISPR-Cas9, primero eliminaron específicamente los genes que codifican los factores reguladores en los ovocitos fertilizados y luego observaron los efectos en el desarrollo del embrión días después.
Después de que los embriones se hubieran desarrollado durante aproximadamente seis a nueve días, el equipo examinó los cambios anatómicos y moleculares que resultaron de la ausencia del regulador respectivo. Descubrieron que la composición celular de muchos de los embriones estaba sustancialmente alterada. Células de ciertostipos existieron en cantidades excesivas, mientras que otros no se produjeron en absoluto.
Analizando miles de celdas individuales
Para dar sentido a estos cambios a nivel molecular, los investigadores examinaron de cientos a miles de células individuales de embriones, de las cuales se habían eliminado sistemáticamente reguladores epigenéticos individuales. Secuenciaron las moléculas de ARN de casi 280.000 células individuales para investigar las consecuenciasde la pérdida de función. El ARN transmite información codificada en el ADN, lo que permite a los investigadores comprender la identidad y el comportamiento de las células mediante tecnologías de secuenciación.
En su análisis, los científicos se centraron en una fase del desarrollo, en la que los reguladores epigenéticos son particularmente importantes. Cuando compararon los datos de embriones alterados y no alterados, identificaron genes que estaban desregulados y tipos de células que estaban anormalmente sobre o sobreA partir de este panorama general, dedujeron funciones previamente desconocidas de muchos reguladores epigenéticos.
efectos complejos durante el desarrollo
Un embrión de ratón de ocho días se parece un poco a un caballito de mar y aún no tiene órganos ". A partir de la apariencia externa de un embrión temprano, a menudo solo se puede adivinar qué estructuras y órganos se formarán y cuáles no,"dicen la bioinformática Helene Kretzmer y el biólogo Zachary Smith, quienes también son los primeros autores de la publicación." Nuestra secuenciación permite una vista mucho más precisa y de alta resolución ".
El análisis de una sola célula les brindó una vista muy detallada de los primeros nueve días de desarrollo del ratón. A menudo, apagar un solo regulador provocaba efectos dominó en toda la red de genes que interactúan, con muchos genes activados o inactivados diferencialmente a lo largo del cursode desarrollo.
La eliminación del regulador epigenético Polycomb PRC2 tuvo un impacto particularmente sorprendente. "Sin PRC2, el embrión se ve en forma de huevo y muy pequeño después de ocho días y medio, lo cual es muy inusual", dice Kretzmer. "Vemos grandes cambiosa cómo se empaqueta el ADN que ocurre mucho antes, mucho antes de que el embrión desarrolle anomalías morfológicas ".
Los investigadores encontraron que PRC2 es responsable de limitar la cantidad de células progenitoras de la línea germinal, las células que luego se convierten en espermatozoides y óvulos. Sin PRC2, el embrión desarrolla una cantidad excesiva de estas células, pierde su forma y muere después de un breve período de tiempo.hora.
punto de partida para análisis adicionales
"Con la combinación de nuevas tecnologías abordamos problemas que han estado en el aire durante 25 años", dice Alexander Meissner, quien dirigió el estudio. "Ahora entendemos mejor cómo los reguladores epigenéticos se organizan para los diferentes tipos de células enel cuerpo."
El trabajo es solo el primer paso para investigaciones aún más detalladas, dice Meissner. "Nuestro método nos permite investigar otros factores como la transcripción o factores de crecimiento o incluso una combinación de estos. Ahora podemos observar etapas muy tempranas de desarrollo enun nivel de detalle que antes era impensable ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Max-Planck-Gesellschaft . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :