Embrüonaalne areng: kavandi asemel juhuslik

Rakkude saatus varases embrüos on spontaanselt reguleeritud

8-rakulisest etapist eraldatud rakud jagunevad ja koonduvad ise "mini-blastotsüstideks": Cdx2-rikkad rakud (valged, vasakul) kipuvad orienteeruma väljastpoolt. Nanogvalk (valge, paremal) ei mõjuta rakkude positsiooni. Üksikute lahtrite servad on värvitud punaseks. © MPI molekulaarse biomeditsiini jaoks
ettelugemist

Kuidas saab lihtsast rakuhunnikust keeruka embrüo? Kuidas rakud teavad, millist koetüüpi eristada? See on täpselt see, mille saksa biomeditsiini praktikud on välja selgitanud. Üllataval kombel mängib juhuslikkus olulist rolli, nagu nad teatavad ajakirjas "Areng".

Imetajad koosnevad enam kui 200 erinevast rakutüübist, millel kõigil on oma konkreetsed ülesanded. Täiskasvanud organismi rakutüübid, aga ka osa platsentast, on saadud ühest rakust ehk viljastatud munarakust. Kuidas saavad nii paljud väga spetsialiseerunud rakud areneda ühest rakust ja moodustuda kudedeks? Vastuse leidmiseks jälgivad teadlased, millal ilmnevad esimesed erinevused rakkude vahel varases embrüos. Jens-Erik Dietrich ja Takashi Hiiragi on jälginud üksikute rakkude omadusi ja positsiooni varajases embrüos.

Alates rakupalli kuni embrüo

Kolmandal päeval pärast viljastamist koosneb hiireembrüo pärast viit rakujaotust 32 rakust. See on arenenud sfääriliseks struktuuriks, nn blastotsüstiks, mis on seest õõnes. Sel ajal on juba olemas vähemalt kaks täiesti erinevat tüüpi rakku. Väljastpoolt on üks kiht rakke, trophektoderm, millest väljub platsenta osa, mis vastutab areneva embrüo toitainete pakkumise eest. Koopa sees asub välimise rakukihi servas rakuklaster, mida nimetatakse ka sisemiseks raku massiks. Sellest moodustub lõpuks hiir.

Kuid kuidas luuakse esimesed erinevused lahtrite vahel? Kas iga rakk arendab oma programmi juhuslikult või on saatus ette määratud juba enne, kui seda on võimalik silmaga haarata? Puuviljakärbeste, küünistega konnade ja sebrakaladega tehtud uuringud on näidanud, et munaraku teatud piirkondade spetsiifilised tegurid määravad kindlaks esimeste jagunemiste käigus moodustuvate rakkude arengu. Seetõttu toimub neis organismides embrüo rakkude väga varane joondamine. See eelstruktureerimine kõlas nii köitvalt, et teadlased üritasid leida hiirelt seda tüüpi mustrit imetajatele eeskujuks.

Spontaanne organiseerumine hiire varajases embrüos

Jens-Erik Dietrich ja Takashi Hiiragi uurisid oma uuringus kolme teguri (Oct4, Cdx2 ja Nanog) ekspressioonimustreid. Neid võib 8-rakulises staadiumis endiselt leida kõigist rakkudest. Hilistes blastotsüstides leidub neid kas ainult sisemises rakumassis (Oct4 ja Nanog) või ainult väliselt trophektodermis (Cdx2). Neid molekulaarseid sõrmejälgi kasutasid Dietrich ja Hiiragi, et jälgida mehhanismi, mille abil rakud embrüos organiseeruvad. kuva

Löömine oli mõne teguri (Nanog ja Cdx2) ekspressioonitasemete äärmiselt varieeruv muster. Mõnedel rakkudel oli palju, teistel väga vähe. Üllatav oli variatiivsuse meelevaldsus. Ei varajase embrüo asukoht ega vastastikune korrelatsioon ei määranud mustrit. Asja põhjani jõudmiseks uurisid Dietrich ja Hiiragi, kas need protsessid toimuvad nii eraldatud embrüonaalsetes rakkudes kui ka embrüos.

Selleks olid Dietrichil ja Hiiragis 8-rakulise astme üksikud rakud jaotatud üks või kaks korda. Rakud tekitasid kas kaks võrdse suurusega sõsarrakku või kahte erinevat rakku - nähtus põhineb niinimetatud sümmeetrilisel või asümmeetrilisel rakujaotusel. Nanog oli sümmeetriliselt ja asümmeetriliselt jagunenud rakkudes alati ühesuguses koguses. Suuremas lahtris oli aga üha enam Cdx2. Pärast kahte rakujagunemist jagunesid saadud neli raku mini-blastotsüstideks, milles väljaspool asuvates rakkudes oli rohkem ja rohkem Cdx2 kui sees.

Kavandi asemel juhuslik

"Sellest järeldame, et rakkude jagunemine reguleerib rakkude Cdx2 taset ja et valkude struktuur määrab siis raku liikumise, " ütleb Dietrich. Dietrichi ja Hiiragi jaoks oli eriti huvitav jälgida, et asümmeetrilisel jagunemisel läbi viidud embrüo rakkude arv on väga erinev. "Ilmselt ei ole see rakkude jagunemise režiimi varieeruvus blastotsüsti moodustumisel oluline; Mustrimisprotsessid on oma regulatsioonis nii paindlikud, et lõpevad alati implanteerimiseks vajaliku blastotsüstiga. "

Need tulemused on vastuolus eeldusega, et iga munarakk annab edasiseks arenguks kavandi. Dietrich ja Hiiragi on näidanud, et rakkude molekulaarne profiil kehtestatakse juhuslikult. Seejärel rändavad lahtrid sinna, kuhu nende programm neid dikteerib. Nii et kõik algus näib juhuslik. Dietrich lisab: "Kuid juhuslikkust on raske tõestada." Seetõttu jätkavad Dietrich ja Hiiragi rakkude uurimist, et kinnitada nende pakutud kahefaasilist mudelit.

(MPG, 14.12.2007 - MTÜ)