Los investigadores dirigidos por la Universidad de Kyoto han reconstituido el "reloj de segmentación" humano, un enfoque clave de la investigación del desarrollo embrionario, utilizando células madre pluripotentes inducidas, iPSC.
Desde la primera división de un óvulo fecundado, una compleja red de proteínas y genes se empujan y tiran unos de otros para construir el patrón de células que forman nuestros órganos. Al igual que el péndulo en un reloj, cada oscilación y pulso necesitaalinear cuidadosamente, para mantener el ritmo que forma la vida.
Sin embargo, gran parte de nuestra comprensión sobre el desarrollo humano temprano es extremadamente limitada, una razón clave es la falta de modelos experimentales que puedan reproducir estos complejos procesos biológicos.
"Por ejemplo, un proceso llamado 'somitogénesis' comienza aproximadamente 20 días después de la fertilización en humanos. Esto es cuando el embrión desarrolla segmentos distintos llamados 'somitas' y determina el patrón segmentado básico del cuerpo", explica Cantas Alev, líder del equipoInstituto de la Universidad de Kyoto para el Estudio Avanzado de Biología Humana, ASHBi. "Los somitas eventualmente contribuyen a la formación de las vértebras y las costillas".
La aparición de somitas está determinada por el "reloj de segmentación", un oscilador genético que controla y guía su aparición. Si bien los genes del reloj de segmentación y su papel en el desarrollo se han estudiado en ratones, pollos y peces cebra, no se sabe casi nada sobre ellosInhumanos.
Una forma de abordar este problema es reconstruir el reloj utilizando células madre. En su artículo publicado en Naturaleza , un equipo compuesto por miembros de ASHBi, el Centro de la Universidad de Kyoto para la Aplicación de Investigación y Células iPS, y RIKEN se centró en el uso de células iPS humanas para formar el 'mesodermo pre-somítico', las células precursoras de somitas
"Comenzamos imitando las vías de señalización activas durante el desarrollo temprano. Aplicando nuestro conocimiento en embriología, logramos generar un cultivo de mesodermo pre-somítico o PSM, junto con su progenie", continúa Alev. "Estudiando los genes quese expresaban en un patrón rítmico que mostraba no solo que oscilaban con un período de cinco horas, sino que también revelaba los nuevos componentes genéticos del 'reloj de segmentación' que estábamos buscando ".
Además de la simple oscilación de genes, el equipo también replicó un segundo sello distintivo del reloj de segmentación, una 'onda' de expresión. Mediante la tecnología de edición de genes, evaluaron la función de los genes clave relacionados con la deformación de la columna vertebral.
Como era de esperar, las mutaciones en estos genes alteraron drásticamente aspectos del reloj de segmentación, incluida la sincronización y la oscilación. Luego fueron más allá al generar células iPS de pacientes con defectos genéticos antes mencionados, identificaron las mutaciones involucradas y las corrigieron.
El estudio demuestra cuán elegantemente se pueden usar las células iPS para recapitular distintos aspectos del desarrollo embrionario humano y otros procesos biológicos complejos.
"Al igual que muchos biólogos del desarrollo, me fascinan los embriones y el desarrollo embrionario. La elegancia y belleza de cómo se forman los órganos y tejidos complejos a partir de estructuras iniciales muy simples es sorprendente. Espero reconstruir y analizar muchos otros aspectos del desarrollo embrionario, yexpandir nuestra comprensión aún limitada del desarrollo humano y no humano "
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Materiales proporcionado por Universidad de Kyoto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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