ADN-ul ca „registrator de zbor” al dezvoltării embrionare
O echipă de cercetători a reușit să urmărească dezvoltarea unui embrion de mamifer celulă cu celulă, creând una dintre cele mai detaliate hărți de până acum ale modului în care celulele se divid și devin țesuturi și organe. Studiul, publicat în revista Cell, a fost realizat în laboratorul lui Jonathan Weissman, membru al Institutului Whitehead, profesor de biologie la Massachusetts Institute of Technology și investigator la Howard Hughes Medical Institute, în colaborare cu grupul lui Zachary Smith de la Universitatea Yale și cu Institutul Max Planck pentru Genetică Moleculară.
Cercetarea oferă o perspectivă cuprinzătoare asupra unui proces studiat până acum doar în fragmente: modul în care un singur ovul fecundat dă naștere la sute de tipuri diferite de celule, aranjate în locurile și la momentele potrivite pentru a construi un animal.
„Aceasta este cu adevărat o imagine a modului în care informația din genom se desfășoară în spațiu și timp, pornind de la ADN liniar și ajungând la un animal tridimensional”, a declarat Weissman.
O tehnologie inspirată de registratorul de zbor
Studiul se bazează pe o tehnologie dezvoltată în laboratorul Weissman, numită PEtracer, care funcționează ca un registrator de zbor în interiorul celulei. Sistemul introduce mici modificări ereditare în ADN, transmise mai departe pe măsură ce celulele se divid. Citind ulterior aceste modificări, cercetătorii pot reconstrui în sens invers arborele genealogic al celulelor din embrionul în dezvoltare.
Echipa a combinat aceste arbore genealogice cu informații despre genele active în fiecare celulă și despre poziția celulelor în embrion. Au analizat peste un milion de celule provenite din embrioni de șoarece, colectați în multiple momente ale dezvoltării, ceea ce le-a permis să urmărească nu doar unde ajung celulele, ci și când încep să se îndrepte spre anumite destinații.
Spre deosebire de un studiu publicat simultan în revista Science de către grupul lui Jay Shendure de la Universitatea din Washington, care folosește o abordare numită DNA Typewriter, echipa Weissman a analizat embrioni în stadii foarte apropiate de dezvoltare, examinând mai mulți embrioni pentru fiecare stadiu. Aceasta a oferit o imagine mai detaliată a modului în care se desfășoară dezvoltarea și a permis cercetătorilor să evalueze cât de consecvent urmează celulele aceleași traiectorii de la un embrion la altul.
Implicații pentru defectele congenitale și cancer
Harta detaliată ar putea avea implicații largi pentru înțelegerea defectelor congenitale și a cancerului. Multe defecte congenitale apar atunci când celulele își schimbă cursul în timpul formării țesuturilor și organelor. O hartă detaliată a dezvoltării normale ar putea ajuta cercetătorii să identifice unde și când apar aceste devieri.
În cazul cancerului, aceeași abordare ar putea ajuta oamenii de știință să urmărească momentul în care celulele dobândesc caracteristici precum capacitatea de a se răspândi sau de a rezista la tratament.
„Atât dezvoltarea, cât și cancerul depind de deciziile pe care le iau celulele cu privire la ceea ce vor deveni”, a explicat Luke Koblan, postdoctorand în laboratorul Weissman și co-autor principal al lucrării. „Urmărind modul în care se dezvoltă celulele în embrionii de șoarece, sperăm să înțelegem mai bine cum se modifică celulele canceroase pentru a se răspândi sau a rezista la tratament.”
Harta ar putea servi și ca ghid pentru cercetarea celulelor stem, oferind o secvență de stări celulare care duce la tipuri de celule mature și funcționale.
Weissman compară lucrarea cu Proiectul Genomului Uman: cunoașterea secvenței genomului a oferit ingredientii, dar nu și instrucțiunile pentru utilizarea lor. „Genomul este ca lista de ingrediente pentru o masă cu patru feluri”, a spus el. „Îți spune care sunt ingredientele, dar nu îți spune pe care le folosești când, cât folosești sau unde le pui. Fără rețetă, este imposibil să știi cum pot deveni acele ingrediente o masă.”
Noua hartă începe să completeze detaliile acelei rețete lipsă, oferind cercetătorilor un instrument pentru a explora dezvoltarea mamiferelor într-un mod fundamental nou.
