干细胞动物园可以让研究人员研究发展

在人类中,怀孕期约九个月。在小鼠中,只有20天,在犀牛,只要17个月。尽管许多哺乳动物经过相同的在胚胎发展阶段,发展的速度大幅跨越不同的动物。事件的另一个例子,在不同时间跨物种的形成是脊椎动物身体轴,脊柱。身体部分的形成会引起脊椎和肋骨,叫做体节,是由一种称为细分时钟的机制控制。分割的时钟是一组基因震荡。每个振动控制一对体节的形成。振荡的频率在不同的物种,以两到三倍的时间在人类与老鼠。

分割的时钟是一个方便的系统研究物种的差异,和Ebisuya集团一直在研究它很长一段时间,最近透露的生化反应速度的差异负责不同的老鼠和人类的时钟。然而,为了确定这是一个一般原则的发展,研究人员需要扩大物种的研究,到目前为止已经相对有限的人类和老鼠。

现在,来自Ebisuya组的研究人员在实验室完成四细分时钟的新颖的哺乳动物的物种,除了老鼠和人类:狨猴、兔、牛和犀牛。这项工作已经完成合作研究小组设在欧洲、日本和美国。

什么是干细胞动物园?

干细胞动物园就像一个图书馆的几个物种的干细胞研究和比较不同的发育事件。协作小组收集胚胎干细胞和诱导多能干细胞从绒猴,兔,牛和犀牛,添加到现有图书馆的人类和老鼠。这个多元抽样的物种是史无前例的发展研究,旨在构成平台发展过程的比较。

“我们想创造一个平台从几个哺乳动物细胞的研究为什么他们的发育时间是不同的。我们希望尽可能广泛的范围,所以我们选择了物种与身体的重量从50克到2吨,妊娠期长度从20天到17个月,和三个不同的进化历史的发展史:灵长类动物(人类和狨猴),Glires(老鼠和兔子)和有蹄类动物(牛和犀牛)。”Jorge拉萨罗说,博士学生Ebisuya集团和该论文的第一作者。

集团专注于研究差异细分时钟的四个新物种。他们应用实验协议将胚胎干细胞和诱导多能干细胞分化到pre-somitic中胚层细胞,细胞会引起脊椎,肋骨和骨骼肌肉。

“我们的干细胞动物园是一个理想的平台,调查细分时钟周期的种间差异的原因,以及是否有任何一般切分节奏和生物体的特征之间的关系。”杨爱瑾Ebisuya,组长EMBL的巴塞罗那和集群的卓越生活的物理,你德累斯顿。

相关细分时钟

妊娠期的长度,以及许多其他身体参数已知规模与动物的体重。更大的物种往往延长妊娠期。集团因此假设分割时钟的差异可能与体重。然而,令人惊讶的是,他们没有发现关联的每个物种的平均体重及其细分时钟周期。同样,怀孕不与分割时钟周期长度。

相反,该组织发现细分时钟周期与胚胎发生的持续时间高度相关。之间的时间是胚胎发生受精到器官形成,当所有的器官在胚胎形成的。这可能意味着分割时钟可以作为很好的系统了解一般的胚胎发育时间建立跨物种。

此外,该组织发现,三种不同的进化历史,灵长类动物,Glires和有蹄类动物,与慢,快和中间分割时钟周期分别指向发展节奏和进化群体之间的关系。

在先前的研究中,Ebisuya小组已经发现生化反应速度与规模细分时钟周期。然而,这些研究集中在小鼠和人类。集团现在已延长了物种在研究和证实,四个新的哺乳动物也显示不同的生化反应的速度,与分割时钟周期关联非常好。表明生化水平的变化可能是一个一般的机制来控制发展的节奏。

此外,他们发现基因相关的生化过程显示一种表达模式与细分时钟周期,为一个潜在的分子机制提供一个具体的线索发展速度跨物种的差异。

“我们的目标是保持干细胞动物园添加物种,”Ebisuya说。“如果我们想确认我们的研究的结果是否能构成一个哺乳动物发展的普遍原则,我们需要扩大动物园,包括更广泛的物种和发展史。”

在当前的研究发表在细胞干细胞集团专注于细分的时钟,但干细胞动物园的方法打开的可能性研究其他生物如心率或寿命。更多的研究人员了解生物时间是如何工作的,他们可以控制它。例如,瀑样的,如果能够加速开发瀑样所需的时间,它可以加快再生医学的研究。

“另一个方面,我很喜欢关于干细胞动物园可能从不同物种在人类和小鼠之外,“拉萨罗说。“许多动物都有特定的特性,这些特性使其有趣的研究,但由于实际或伦理原因我们没有获得他们的实验室。功能比如犀牛的大小,或长脖子的长颈鹿。谁知道呢,也许在我们的下一个项目我们可以用干细胞来试图了解长颈鹿如何发展他们的长颈,再体节!”

参考:拉萨罗J,使用M,尹浩然,Sanaki-Matsumiya。干细胞动物园发现哺乳动物细胞内扩展的发展节奏。细胞干细胞。2023年。doi:10.1016 / j.stem.2023.05.014

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