Resumen: Los investigadores revelan el papel de los citonemas, proyecciones de células delgadas, en el desarrollo neuronal. Estas estructuras parecidas a pelos facilitan el transporte directo de señales a través de las células, lo que afecta el desarrollo del sistema nervioso.
Al visualizar la función de los citonemas, los investigadores descubrieron su papel en el establecimiento de gradientes de señalización y el transporte de moléculas críticas como el erizo sónico durante el desarrollo del tejido de los mamíferos. La función del citonema comprometida provocó defectos neurológicos en modelos de ratón.
Este estudio arroja luz sobre mecanismos previamente difíciles de alcanzar en la biología del desarrollo, abriendo nuevas vías para la investigación en este campo.
Puntos clave:
- Los citonemas son proyecciones delgadas de las células que actúan como vías directas para el transporte de señales a largas distancias.
- El estudio revela el papel de los citonemas en la creación de gradientes de señalización y el transporte de moléculas esenciales durante el desarrollo neuronal.
- La función del citonema comprometida conduce a defectos de desarrollo en el tubo neural, lo que destaca su importancia en el desarrollo del tejido de los mamíferos.
Fuente: Hospital de investigación infantil St. Jude
Los científicos del St. Jude Children’s Research Hospital descubrieron que los citonemas (proyecciones de las células delgadas, largas y parecidas a pelos) son importantes durante el desarrollo de los nervios. Los citonemas conectan células que se comunican a largas distancias pero que son difíciles de capturar microscópicamente en los tejidos de los vertebrados en desarrollo.
Los investigadores son los primeros en visualizar cómo los citonemas transportan moléculas de señalización durante el desarrollo del sistema nervioso de los mamíferos.
Los hallazgos se publican la célula.
«Hemos demostrado que los citonemas son una vía expresa directa para la transducción de señales», dijo la autora correspondiente Stacey Ogden, PhD, Departamento de Biología Celular y Molecular de St. Jude.
«Las células deben comunicarse entre sí durante el desarrollo y la homeostasis del tejido y poder llegar más allá de sus vecinas. Hemos identificado una vía que carga señales en los citonemas para su transporte a las poblaciones de células que responden, y hemos demostrado que el patrón de tejido no se produce correctamente cuando este método de transmisión de señales se ve comprometido.
La entrega rápida de señales prepara el sistema nervioso para el éxito
Los investigadores del laboratorio de Ogden fueron los primeros en visualizar citonemas de mamíferos en el sistema nervioso en desarrollo combinando técnicas de microscopía modernas con preparaciones de muestras optimizadas.
«Durante mucho tiempo, visualizar estas estructuras en el tejido de los mamíferos en desarrollo ha sido un desafío», dijo Ogden. «Pero finalmente encontramos una manera».
Utilizando sus nuevos métodos, los científicos capturaron imágenes de cómo los citonemas actúan como un sistema «rápido» que puede evitar las células intermedias para enviar señales directamente a las más distantes, muy parecido a un metro expreso que se detiene sólo en las paradas principales.
Uno de los centros principales es la notocorda, que produce señales que desempeñan un papel fundamental en la organización de la médula espinal en desarrollo. El equipo de Ogden capturó imágenes del proceso de migración en citonemas que se originan en la notocorda.
Cuando los investigadores impidieron que las proteínas de señalización ingresaran a los citonemas, se interrumpió el desarrollo nervioso en modelos de ratón, lo que provocó importantes defectos neurológicos.
«Esta es la primera demostración de estos procesos de transporte basados en citonemas que ocurren durante el desarrollo de un tejido complejo de mamífero como el tubo neural», dijo Ogden. «Luego demostramos que cuando reducimos el número de citonemas o reducimos la capacidad de las células para cargar proteínas de señalización en estas estructuras, obtenemos defectos de crecimiento».
El transporte de citonemas ayuda a establecer un gradiente.
El desarrollo de los mamíferos es un proceso cuidadosamente guiado en el que todos los órganos y tejidos deben coordinarse para formarse adecuadamente. Una forma en que las células saben cuándo adoptar un destino particular es respondiendo a diferentes umbrales de proteínas de señalización llamadas morfógenos.
Las células responden de manera diferente a estas señales a través de un gradiente de señalización, adquiriendo diferentes propiedades en respuesta a concentraciones altas y bajas de un morfógeno particular. Para el desarrollo es necesaria una buena pendiente; Un mal gradiente puede significar un desastre.
A pesar de su importancia, sigue siendo un misterio cómo se forman estos patrones de morfógenos en áreas que organizan las células. La simple difusión puede explicar algunas de estas vertientes, pero no todas.
Los déficits neurológicos creados cuando los científicos bloquean la entrada de señales a los citonemas proporcionan evidencia que respalda un papel importante de la señalización de los citonemas durante el patrón morfógeno.
«Estos déficits son de hecho la primera evidencia directa de que la señalización basada en citonemas desempeña un papel importante durante la configuración del tubo neural», dijo Ogden.
Transportando al ‘sonic hedgehog’ a través de citonemas
El grupo de St. Jude aclaró una forma en la que se forma un gradiente de morfógeno sónico de erizo en el tubo neural. Ya se sabía que Sonic Hedgehog era una molécula de señalización crítica en el desarrollo neuronal, pero ha sido difícil encontrar una manera de llegar a sus células objetivo.
El estudio identificó a los citonemas como uno de los principales contribuyentes a la solución que crea el gradiente de señalización de Sonic Hedgehog. En consecuencia, cuando Sonic Hedgehog no pudo cargarse en los citonemas, su función de señalización se vio comprometida.
«En el campo de la investigación de la señalización de morfógenos, siempre queremos saber cómo llega una señal de una población de células a extenderse a través de la población de células receptoras para formar un gradiente», dijo Odgen.
«Es realmente emocionante demostrar que las células que producen las señales de morfógeno desempeñan un papel activo para llevarlas a donde necesitan ir a través de los citonemas. La célula de señalización no solo produce el morfógeno, sino que también ayuda a entregar físicamente la señal.
Aún no está claro cómo el citonema extenso expresa el transporte de proteínas de señalización en desarrollo.
«Aquí utilizamos a Sonic the Hedgehog como modelo», dijo Ogden. «Pero tenemos evidencia de que estas estructuras pueden ser importantes para transportar otras señales que son críticas durante el desarrollo del tubo neural. Ahora que hemos desarrollado un sistema para visualizar estos citonemas, podemos comenzar a descubrir la verdadera amplitud de su función».
Autores y financiación
El primer autor del estudio es Eric Hall de St. Jude. Otros autores del estudio incluyen a Miriam Dillard, Elizabeth Cleverdon, Yan Zhang, Christina Daly, Sharik Ansari, Randall Wakefield, Daniel Stewart, Shondra Pruitt-Miller, Alfonso Lavado, Alex Carisse, Amanda S. Johnson, Yang-Dong Wang, Michal Tong. Wang, Young Song Ryu, Camenjind Robinson y Jeffrey Steinberg, todos de St. Jude.
Fondos: Este estudio fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (R35GM122546 y F31HD110256), el Instituto Nacional del Cáncer (P30CA021765 Subvención de apoyo al Centro Oncológico St. Jude) y ALSAC, la organización de concientización y recaudación de fondos de St. Jude.
Se trata de noticias de investigación sobre el neurodesarrollo.
Autor: Rayo corriendo
Fuente: Hospital de investigación infantil St. Jude
Contacto: Ray Rushing – Hospital de investigación infantil St. Jude
Imagen: Imagen acreditada a Neuroscience News.
Investigación básica: Acceso abierto.
«La señalización del citonema hace contribuciones esenciales al patrón de tejido de los mamíferos» por Stacey Ogden et al. la célula
Abstracto
La señalización del citomema hace contribuciones esenciales al patrón de tejido de los mamíferos
Reflejos
- La escisión enviada promueve el reciclaje endocítico de Sonic hedgehog y la carga de citonemas.
- Los citonemas contribuyen al despliegue de Sonic hedgehog durante el neurodesarrollo
- La miosina 10 promueve la formación de citonemas neuronales para el transporte de SHH y WNT.
- La disfunción del citomema compromete la especificación del destino neuronal
Resumen
Durante el desarrollo, los morfógenos dan forma a los tejidos especificando de forma remota el destino celular. Visualización directa del transporte de morfógenos. en el sitio son inaccesibles, por lo que los mecanismos moleculares que garantizan la entrega exitosa de morfógenos aún no están claros.
Para abordar este problema de larga data, desarrollamos un modelo de ratón para la entrega de morfógeno de Sonic hedgehog (SHH) comprometida y descubrimos que el reciclaje endocítico promueve la carga de SHH en los filopodios de señalización llamados citonemas.
Hemos optimizado los métodos de conservación. Vivo La microscopía avanzada muestra SHH endógena localizada en citonemas en tubos neurales y citonemas de ratón en desarrollo.
El agotamiento de SHH por los citonemas del tubo neural altera el destino neuronal y compromete el desarrollo neuronal. La mutación de la miosina 10 motora filopodial (MYO10) reduce la longitud y la densidad del citonema, lo que corrompe la actividad de señalización neuronal tanto de SHH como de WNT.
En conjunto, estos resultados indican que la transducción de señales basada en citonemas hace contribuciones esenciales a la proliferación de morfógenos durante el desarrollo del tejido de los mamíferos y que MYO10 es un regulador clave de la función de los citonemas.
