Biolodzy rozwojowi po raz pierwszy mapują punkty aktywności poligenicznej w rozwijających się zarodkach

Lata pracy biologów ewolucyjnych z Trinity College Dublin, współpracujących z kolegami z Human Genetics Unit w Centrum Badań Medycznych Uniwersytetu w Edynburgu, zaowocowały źródłem informacji o niezrównanych szczegółach, które pomogą naukowcom ocenić, w jaki sposób kluczowe geny kontrolują różnicowanie tkanek i narządów w rozwoju płody.

Zespół, który właśnie opublikował przełomową pracę w wiodącym międzynarodowym czasopiśmie Development, przeanalizował te kluczowe geny, ich połączenia komunikacyjne i ich skutki w trójwymiarowej przestrzeni zarodka myszy na wielu etapach rozwoju.

Spotkaliśmy się z profesor Paulą Murphy z Trinity College of the Natural Sciences, aby dowiedzieć się więcej o badaniach i ich szerszych implikacjach.

Jaki skok dokonała ta praca?

Niektóre geny i sieci genów odgrywają ważną rolę w określaniu, jak rozwija się zarodek, jak powstają różne typy komórek (mięśnie, kości, neurony) i gdzie pojawiają się narządy. Od kilkudziesięciu lat, wykorzystując techniki biologii molekularnej, jesteśmy w stanie odkryć, gdzie i kiedy włącza się jeden z „genów Wnt”, co pomaga nam zrozumieć, w jaki sposób działa on w kierowaniu rozwojem embrionalnym (zob. Ryc. 1).

„Ta technika musi być wdrożona dla każdego genu indywidualnie, aby uzyskać 'migawkę’ tego, gdzie jest wyrażany w przestrzeni embrionalnej 3D w danym czasie. To, co udało nam się tutaj osiągnąć, to trudne zadanie mapowania migawek danych przestrzennych wielu genów oraz integrowanie i porównywanie, gdzie znajduje się każdy gen wewnątrz rozwijającego się zarodka (ryc. 1) Opracowanie narzędzi, które umożliwiłyby to, było dużym osiągnięciem dla naszych kolegów z biologii obliczeniowej w projekcie Edinburgh Mouse Atlas.

Czy byłeś zaskoczony tym, co odkryłeś?

„To podejście pozwoliło nam dokonać wielu wykryć, które nie byłyby możliwe bez zintegrowania (mapowania) wszystkich wzorców. Na przykład możemy wykryć, gdzie ścieżka jest cicha, ponieważ jeden lub drugi komponent nie jest aktywowany.

Być może najnowszym odkryciem jest obecność „gorących punktów” w zarodku, w których wiele z tych genów jest włączonych razem (patrz Ryc. 2). Wiadomo, że niektóre z tych gorących punktów są miejscem ważnych skupisk komórek, które kierują rozwojem, ale niektóre były wcześniej nieznane i ujawniają wcześniej niewidziane ośrodki sygnalizacyjne w zarodku”.

Jakie inne pytania badawcze mogą teraz zadać biolodzy ewolucyjni?

„Dzięki tej publikacji udostępniliśmy wszystkie surowe i zmapowane dane, a także narzędzia do wizualizacji, aby każdy biolog ewolucyjny mógł zadawać pytania dotyczące tego systemu komunikacji komórkowej w dowolnej części zarodka. Na przykład koledzy zainteresowani rozwojem nerek lub rozwój mózgu może zagłębić się w elementy systemu, które zostały wyzwolone w tej części płodu.

My i inni możemy teraz wykorzystać te dane do zadawania pytań o to, jak system będzie ewoluował. Na przykład istnieje 19 genów, które są bardzo podobne u myszy i człowieka. Te liczne geny powstały w wyniku duplikacji genów bardzo dawno temu. Możemy teraz zbadać, w jaki sposób geny rozeszły się, z których każdy przejmuje unikalne funkcje podczas rozwoju złożonego, wielokomórkowego zarodka”.

Jakie są kolejne kroki dla Twojego zespołu?

„Obecnie prowadzimy skoncentrowaną analizę zintegrowanego zestawu danych w rozwijaniu zawiązków kończyn, aby lepiej zrozumieć, jak funkcjonuje system komunikacji komórkowej w kończynie. Z niecierpliwością czekamy również, aby dowiedzieć się, w jaki sposób dane są wykorzystywane przez kolegów o różnych specjalistycznych zainteresowaniach, aby poszerzyć naszą wiedzę wszystkich rozwijających się systemów.”