Ekspresja genów podczas rozwoju: liczy się właściwy moment
Podczas rozwoju, specjalizacja i różnicowanie komórek wymaga czasoprzestrzennej koordynacji ekspresji genów. Jest to możliwe dzięki prawidłowej interakcji pomiędzy sygnalizacją międzykomórkową a sieciami regulacji genów. Zidentyfikowano szereg motywów regulacyjnych kierujących ekspresją genów na poziomie komórkowym. Zaczynamy również rozumieć, w jaki sposób morfogeny określają regulację przestrzenną komórek w tkance. Jednakże, wciąż niewiele wiadomo na temat właściwego czasu i koordynacji ekspresji genów w populacjach komórek. W związku z tym naukowcy pracujący w finansowanym przez UE projekcie CELLCOORDINATION (Temporal coordination of gene expression during development) przeanalizowali dynamikę i koordynację komórek podczas różnicowania i rozwoju na przestrzeni czasu. Wykorzystali zarodkowe komórki macierzyste (ES), aby zbadać w środowisku in vitro różnicowanie się komórek ES do komórek mezo- i endodermy (ME)/komórek podobnych do smugi pierwotnej (PS). Obrazowanie na żywo poszczególnych komórek ES, które różnicowały się w kierunku komórek PS in vitro ujawniło znaczne podobieństwo do zachowania się tych komórek oraz PS w zarodku podczas gastrulacji. Dalsza analiza molekularna wykazała, że ruchliwość komórek podobnych do PS była związana z przejściową ekspresją czynnika transkrypcyjnego Brachyury i była wywoływana przez szlak sygnalizacyjny Wnt/beta-katenina. Analiza decyzji różnicowania komórek ES w hodowli ujawniła immanentną tendencję do różnicowania się w kierunku przedniej neuroektodermy, natomiast ich zdolność tworzenia mezodermy wzrastała z upływem czasu. Analiza ilościowa dynamiki transkrypcyjnej będącej podstawą obu losów wykazała obwód wzajemnej represji kontrolowany przez szlak sygnalizacyjny Fgf/MAPK. Może on równoważyć proporcje komórek z poszczególnymi losami. W innej części projektu naukowcy badali dynamikę podziału i różnicowania komórek progenitorowych trzustki. Wyniki sugerują, że czas podczas cyklu życia inicjacji różnicowania się komórek endokrynnych determinował sposób podziału komórek progenitorowych. Podsumowując, wyniki projektu po raz pierwszy dały nam wgląd w zdarzenia molekularne na przestrzeni czasu odpowiedzialne za specjalizację komórek w czasie rozwoju. Ponadto zależny od czasu charakter regulacji ekspresji genów pokreślił kontrolowaną i jednocześnie delikatną naturę rozwoju.
Słowa kluczowe
Rozwój, CELLCOORDINATION, komórki ES, smuga pierwotna, sygnalizacja Wnt/beta-katenina
