Noi perspective asupra dezvoltării umane din „tumorile monstruului”

Găsirea modelului potrivit pentru a studia dezvoltarea umană – începând cu stadiul embrionar timpuriu – a fost o provocare pentru oamenii de știință din ultimul deceniu. Acum, bioenergetica de la Universitatea din California San Diego s-a alăturat unui candidat neobișnuit: teratoame.

Teratoamele – care înseamnă „tumori benigne” în Grecia – sunt tumori care conțin diferite țesuturi precum osul, creierul, părul și mușchiul. Se formează atunci când o masă de celule stem diferă necontrolat, formând toate tipurile de țesuturi găsite în organism. Teratoamele sunt, în general, considerate un produs secundar nedorit al cercetării celulelor stem, dar cercetătorii UC San Diego au găsit ocazia de a le studia ca model pentru dezvoltarea umană.

Cercetătorii își raportează munca într-o lucrare publicată pe 4 noiembrie la Celula.

“Suntem fascinați de teratom de ceva timp”, a spus Prashant Mali, profesor de bioinginerie la UC San Diego Jacobs School of Engineering. „Nu numai că teratomul este o tumoare interesantă de luat în considerare în ceea ce privește diversitatea tipurilor de celule, dar are și regiuni de structuri organizate asemănătoare țesuturilor. Acest lucru ne-a determinat să explorăm utilitatea sa în contextul științei celulare și al ingineriei celulare. ”

„Nu există alt model ca acesta. Într-o singură tumoare, puteți studia toate aceste linii diferite, toate aceste organe diferite, în același timp ”, spune Daniella McDonald, MD / Ph.D. candidat în laboratorul din Mali și primul co-autor al studiului. “Este, de asemenea, un model vascular, are o structură tridimensională și țesutul său specific omului, făcându-l un model ideal pentru reconstituirea contextului în care are loc dezvoltarea umană.”

Echipa a folosit teratoame crescute din celule stem umane injectate sub pielea șoarecilor imunocompetenți. Ei au analizat teratoamele cu o tehnică numită unicelulară ARN secvență, care profilează expresia genică a celulelor teratom individuale. Cercetătorii au reușit să cartografieze 20 de tipuri de celule sau „descendențe umane” (creier, intestin, mușchi, piele etc.) care erau prezente în mod constant în toate deratoamele pe care le-au analizat.

Cercetătorii au folosit apoi tehnologia de editare a genei CRISPR-Cas9 pentru a examina și elimina 24 de gene cunoscute pentru a reglementa dezvoltarea. Au descoperit multiple gene care joacă roluri în dezvoltarea mai multor descendențe.

„Ceea ce este remarcabil la acest studiu este că am putea folosi teratomul pentru a găsi lucrurile mult mai repede. Putem studia fiecare dintre aceste gene pe fiecare dintre aceste linii umane într-un singur experiment ”, a declarat primul co-autor Yan Wu, care a lucrat la acest proiect ca doctorand. student la laboratoarele Mali și profesor de bioinginerie UC San Diego, Kun Zhang. “Cu alte modele, cum ar fi organoizii, care modelează o dinastie la un moment dat, ar fi trebuit să facem multe experimente diferite pentru a ne gândi la aceleași rezultate ca și noi.”

„Teratoamele sunt un tip foarte unic de țesut uman. Când sunt examinate prin lentila secvențierii cu celule unice, putem vedea că acestea conțin cele mai multe tipuri de celule reprezentative majore din corpul uman. Cu această înțelegere, brusc avem o platformă extrem de puternică pentru înțelegerea, manipularea și ingineria celulelor și țesuturilor umane într-un mod mult mai sofisticat decât era posibil înainte ”, a spus Zhang.

Cercetătorii au arătat, de asemenea, că pot „sculpta molecular” teratomul pentru al îmbogăți într-o singură dinastie – în acest caz, țesutul neuronal. Ei au realizat acest lucru folosind un circuit de genă microRNA, care acționează ca o genă moleculară, cioplind țesuturile nedorite – acestea sunt ucise selectiv folosind o genă suicidă – și lăsând în urmă linia de interes. Cercetătorii spun că acest lucru are aplicații în ingineria țesuturilor.

„Anticipăm că acest studiu va pune o nouă bază în domeniu. Sperăm că alți oameni de știință vor folosi teratomul ca model pentru descoperirile viitoare în dezvoltarea umană ”, a spus McDonald.

Referință: 4 noiembrie 2020, Celula.
DOI: 10.1016 / j.cell.2020.10.018