Un gruppo di ricerca della Rice University guidato da Aryeh Warmflash ha fatto passi da gigante nella comprensione dei processi che guidano lo sviluppo embrionale umano. I risultati del gruppo sono stati pubblicati sulla rivista Cells Systems 15 maggio.
Lo sviluppo embrionale, il viaggio da un singolo ovulo fecondato a un organismo complesso, è orchestrato da complesse interazioni tra segnali biochimici. Ma i meccanismi dietro il modo in cui le cellule interpretano questi segnali per prendere decisioni cruciali sullo sviluppo sono rimasti sfuggenti.
"Il nostro articolo affronta una domanda fondamentale:come vengono controllate queste decisioni da più percorsi contemporaneamente?" ha detto Warmflash, professore associato di bioscienze e bioingegneria.
Il team comprende la ricercatrice post-dottorato e attuale capogruppo presso il Centro andaluso di biologia dello sviluppo Elena Camacho-Aguilar; Sumin Yoon, laureato in antropologia culturale/medica; gli studenti di dottorato Miguel A. Ortiz-Salazar e Siqi Du; e il tecnico di laboratorio M. Cecilia Guerra. Insieme hanno concentrato il loro studio sulla gastrulazione umana, una fase fondamentale in cui le cellule si differenziano nei tre strati germinali dell'embrione:ectoderma, mesoderma ed endoderma.
Sebbene ricerche precedenti abbiano identificato il coinvolgimento di diversi segnali come la proteina morfogenetica ossea (BMP) e il sito di integrazione correlato alle ali (WNT) durante la gastrulazione, i meccanismi precisi alla base del modo in cui le cellule li interpretano per svilupparsi in diversi tipi di cellule rimanevano poco chiari.
Per trovare una risposta, i ricercatori si sono rivolti alle cellule staminali pluripotenti umane (hPSC), che imitano lo stato delle cellule appena prima della gastrulazione. Hanno ipotizzato che la durata e la concentrazione dei segnali BMP potrebbero dettare il destino delle cellule e hanno ideato esperimenti esponendo le hPSC a vari sistemi di segnali BMP.
Contrariamente alle ipotesi precedenti, lo studio ha rivelato che la durata dell’esposizione al segnale BMP, piuttosto che la sua forza, gioca un ruolo cruciale nel determinare il destino delle cellule. Esposizioni simili a impulsi ad elevate concentrazioni di BMP hanno indotto cambiamenti significativi, in particolare verso il mesoderma, mentre segnali continui di basso livello hanno prodotto risultati meno pronunciati.
La modellazione matematica di questi processi ha permesso ai ricercatori di prevedere gli esiti del destino per qualsiasi combinazione di segnali BMP e WNT. Il team ha costruito una “mappa del destino” completa che prevede questi risultati. Sfruttando questa mappa, i ricercatori hanno ideato un nuovo protocollo che ottimizza la formazione del mesoderma rilevante per altri campi come la medicina rigenerativa.
"I nostri risultati sottolineano l'importanza di comprendere le dinamiche di segnalazione nel guidare le decisioni sul destino delle cellule", ha affermato Camacho-Aguilar. "Decifrando questi meccanismi, possiamo personalizzare protocolli di differenziazione efficienti che potrebbero essere rilevanti per applicazioni terapeutiche."
Ulteriori informazioni: Elena Camacho-Aguilar et al, L'interpretazione combinatoria di BMP e WNT controlla la decisione tra striature primitive e destini extraembrionali, Sistemi cellulari (2024). DOI:10.1016/j.cels.2024.04.001
Informazioni sul giornale: Sistemi cellulari
Fornito dalla Rice University
