Пятница, 23 февраля, 2024
ДомойБиологияКартирование невидимого: как растут наши конечности и что может пойти не так

Картирование невидимого: как растут наши конечности и что может пойти не так

- Advertisement -

Показаны закономерности экспрессии генов. Кредит: DOI: 10.1038/s41586-023-00000-0

Ученые раскрывают беспрецедентную информацию о развитии конечностей человека, в том числе о многих сложных процессах, которые управляют их формированием.

Пальцы рук и ног человека не растут наружу; вместо этого они формируются изнутри более крупной основной почки, поскольку промежуточные клетки отступают, обнажая расположенные ниже пальцы. Это один из многих процессов, зафиксированных впервые, когда ученые представили пространственный атлас клеток всей развивающейся человеческой конечности, разрешенный в пространстве и времени.

Инновационное исследовательское сотрудничество

Исследователи из Института Уэлкома Сэнгера, Университета Сунь Ятсена, Европейского института биоинформатики EMBL и их коллеги применили передовые одноклеточные и пространственные технологии для создания атласа, характеризующего клеточный ландшафт ранних конечностей человека, определяющего точное расположение клеток. .

Это исследование является частью международной инициативы «Атлас клеток человека», целью которой является картирование каждого типа клеток в организме человека.[1] изменить понимание здоровья и болезни.

Публикации и приложения

Атлас, опубликованный сегодня (6 декабря) в журнале Природапредоставляет общедоступный ресурс, который отражает сложные процессы, управляющие быстрым развитием конечностей на ранних стадиях формирования конечностей.[2]

Атлас также раскрывает новые связи между клетками развития и некоторыми врожденными синдромами конечностей, такими как короткие пальцы и лишние пальцы.

Понимание формирования конечностей

Известно, что конечности первоначально возникают как недифференцированные клеточные мешочки по бокам тела без определенной формы или функции. Однако после 8 недель развития они хорошо дифференцированы, анатомически сложны и сразу узнаваемы как конечности с пальцами рук и ног. Это требует очень быстрой и точной оркестровки клеток. Любые небольшие нарушения этого процесса могут иметь последствия, поэтому изменения конечностей являются одними из наиболее часто встречающихся синдромов при рождении, затрагивая примерно одного из 500 родившихся во всем мире.[3]

Соединение моделей человека и животных

Хотя развитие конечностей тщательно изучалось на моделях мышей и кур, степень, в которой они отражают ситуацию с человеком, оставалась неясной. Однако достижения в области технологий теперь позволяют исследователям исследовать ранние стадии формирования конечностей человека.

В этом новом исследовании ученые из Института Уэллкома Сэнгера Университета Сунь Ятсена и их коллеги проанализировали ткани в период от 5 до 9 недель развития. Это позволило им отслеживать определенные программы экспрессии генов, активируемые в определенное время и в определенных областях, которые формируют формирующиеся конечности.

Специальное окрашивание ткани ясно показало, как популяции клеток по-разному организуются в узоры формирующихся пальцев.

На видео показаны кластеры экспрессии генов во время развития конечностей с помощью пространственных транскриптомных профилей и окрашивания ткани in situ: на этом видео показаны динамические паттерны экспрессии генов IRX1, SOX9 и MSX1, критических генов, участвующих в формировании конечностей. Их четкое распределение обеспечивает процесс «долбления». IRX1, имеющий решающее значение для формирования пальцев, и SOX9, необходимый для развития скелета, сходятся в пять различных участков внутри развивающейся конечности, тогда как MSX1, связанный с недифференцированными клетками, занимает межпальцевые пространства между этими кластерами. Примерно на седьмой неделе развития активируются молекулы, ответственные за гибель межпальцевых клеток, что приводит к уничтожению клеток в промежуточных пространствах. Эта организованная клеточная смерть наконец обнажает четко очерченные формы пальцев рук и ног. Кредит: DOI: 10.1038/s41586-023-00000-0

Паттерны генов и синдромы конечностей

В рамках исследования исследователи продемонстрировали, что определенные генные закономерности влияют на формирование рук и ног, выявив определенные гены, нарушение которых связано с определенными синдромами конечностей, такими как брахидактилия (короткие пальцы рук) и полисиндактилия (лишние пальцы рук или ног).

Команда также смогла подтвердить, что многие аспекты развития конечностей у людей и мышей одинаковы.

В целом, эти результаты не только дают глубокую характеристику развития конечностей у людей, но и дают важную информацию, которая может повлиять на диагностику и лечение врожденных синдромов конечностей.

Экспертные мнения

Профессор Хунбо Чжан, старший автор исследования из Университета Сунь Ятсена в Гуанчжоу, сказал: «Десятилетия изучения модельных организмов заложили основу для нашего понимания развития конечностей позвоночных. Однако охарактеризовать это у людей до сих пор было неясно, и мы не могли предположить значимость мышиных моделей для развития человека. То, что мы обнаруживаем, представляет собой весьма сложный и четко регламентированный процесс. Это все равно, что наблюдать за работой скульптора, который вытесывает глыбу мрамора, чтобы раскрыть шедевр. В данном случае скульптором является природа, и в результате получается невероятная сложность наших пальцев рук и ног».

Доктор Сара Тейхманн, старший автор исследования из Института Уэллкома Сэнгера и соучредитель Атласа клеток человека, сказала: «Впервые мы смогли уловить замечательный процесс развития конечностей вплоть до отдельных клеток. разрешение в пространстве и времени. Наша работа над Атласом клеток человека углубляет наше понимание того, как формируются анатомически сложные структуры, помогая нам раскрыть генетические и клеточные процессы, лежащие в основе здорового развития человека, что имеет множество последствий для исследований и здравоохранения. Например, мы обнаружили новую роль ключевых генов. МСК и ПИТХ1 которые могут регулировать мышечные стволовые клетки. Это может предложить потенциал для лечения мышечных расстройств или травм».

Примечания

  1. Это исследование является частью Атласа клеток человека (HCA), международного совместного консорциума, который создает комплексные справочные карты всех клеток человека — фундаментальных единиц жизни — в качестве основы для понимания здоровья человека, а также для диагностики, мониторинга и лечения заболеваний. . HCA, вероятно, повлияет на все аспекты биологии и медицины, стимулируя трансляционные открытия и применения и, в конечном итоге, приведет к новой эре точной медицины. HCA был основан в 2016 году доктором Сарой Тейхманн из Института Wellcome Sanger (Великобритания). и доктор Авив Регев, работавший тогда в Институте Броуда. Массачусетский технологический институт и Гарвард (США). Поистине глобальная инициатива: в настоящее время в HCA насчитывается более 3100 членов из 98 стран мира. https://www.humancellatlas.org
  2. Исследователи проанализировали ткани конечностей эмбриона человека в период с 5 по 9 неделю после зачатия, предоставленные больницей Адденбрука в Кембридже, Великобритания, и Медицинским центром для женщин и детей в Гуанчжоу, Китай.
  3. Ссылка: «Зачем изучать пороки развития конечностей человека?» Эндрю О.М. Уилки, 24 января 2003 г., Журнал анатомии.
    DOI: 10.1046/j.1469-7580.2003.00130.x

Ссылка: «Атлас клеток эмбриональных конечностей человека, разрешенный в пространстве и времени» 6 декабря 2023 г., Природа.
DOI: 10.1038/s41586-023-00000-0

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме