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Este vídeo muestra patrones dinámicos de expresión genética. IRX1, SOX9 Y MSX1, genes críticos implicados en la formación de órganos. Su distribución diferencial asegura que se produzca un proceso de «cincelado». IRX1Determinante para la formación de dígitos, y SOX9Convergencia en cinco longitudes distintas dentro de la extremidad en desarrollo, esencial para el desarrollo esquelético MSX1, asociado con células indiferenciadas, ocupa los espacios interdigitales entre estos grupos. Aproximadamente en la semana siete de desarrollo, se activan las moléculas responsables de la muerte de las células interdigitales, lo que lleva a la eliminación de las células en los espacios interdigitales. Esta muerte celular sistémica eventualmente revela las formas bien definidas de los dedos de manos y pies.
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Crédito: DOI: 10.1038/s41586-023-00000-0.
Los dedos de las manos y de los pies humanos no crecen hacia afuera; En cambio, se forman desde el interior de una gran yema basal, y las células intermedias se retraen para revelar los dedos que se encuentran debajo. Fue uno de los muchos procesos capturados por primera vez cuando los científicos revelaron un atlas espacial de células de todo el órgano humano en desarrollo, resuelto en el espacio y el tiempo.
Investigadores y colaboradores del Instituto Wellcome Sanger de la Universidad Sun Yat-sen y del Instituto Europeo de Bioinformática del EMBL utilizaron tecnologías espaciales y unicelulares de última generación para crear un atlas que caracteriza el paisaje celular del órgano humano primitivo, señalando el Ubicación precisa de las células.
El estudio es parte de la iniciativa International Human Cell Atlas para mapear cada tipo de célula en el cuerpo humano.1Transformar la comprensión de la salud y la enfermedad.
Atlas, publicado hoy (6 de diciembre). la naturalezaproporciona un recurso disponible abiertamente que captura los procesos complejos que gobiernan el rápido desarrollo de los órganos durante las primeras etapas de la formación de órganos.2.
El atlas también revela nuevos vínculos entre las células en desarrollo y algunos síndromes de órganos congénitos, como dedos cortos y dedos adicionales.
Se sabe que los órganos emergen inicialmente como sacos de células indiferenciadas a los lados del cuerpo sin forma ni función específicas. Sin embargo, después de 8 semanas de desarrollo, están bien diferenciados, son anatómicamente complejos e inmediatamente reconocibles como extremidades, con dedos de manos y pies. Esto requiere una orquestación de células muy rápida y precisa. Cualquier pequeña alteración de este proceso puede tener un efecto posterior, razón por la cual las diferencias en las extremidades se encuentran entre los síndromes más frecuentes al nacer y afectan aproximadamente a uno de cada 500 nacimientos en todo el mundo.3.
Aunque el desarrollo de órganos se ha estudiado ampliamente en modelos de ratas y polluelos, aún no está claro hasta qué punto reflejan la situación humana. Sin embargo, los avances tecnológicos ahora permiten a los investigadores explorar las primeras etapas de la formación de órganos humanos.
En este nuevo estudio, científicos del Instituto Wellcome Sanger de la Universidad Sun Yat-sen y sus colaboradores analizaron tejidos de entre 5 y 9 semanas de desarrollo. Esto les permitió detectar programas específicos de expresión genética, activados en momentos concretos y en regiones concretas, que dan forma a los órganos que se forman.
La tinción especial del tejido revela claramente cómo las poblaciones de células se organizan en distintos patrones de formación de dedos.4.
Como parte del estudio, los investigadores demostraron que ciertos patrones genéticos influyen en cómo se forman las manos y los pies, identificando ciertos genes que, cuando se alteran, se asocian con síndromes específicos de las extremidades, como la braquidactilia (dedos cortos) y la polisindactilia (dedos adicionales en las manos o los pies).
El equipo pudo confirmar que muchos aspectos del desarrollo de órganos son compartidos entre humanos y ratones.
En conjunto, estos hallazgos proporcionan no sólo una caracterización profunda del desarrollo de órganos en humanos, sino también conocimientos críticos que impactan el diagnóstico y tratamiento de los síndromes congénitos de órganos.
El autor principal del estudio, el profesor Hongbo Zhang, de la Universidad Sun Yat-sen en Guangzhou, dijo: «Décadas de estudio en organismos modelo han establecido la base para nuestra comprensión del desarrollo de órganos de vertebrados. Sin embargo, hasta ahora no ha estado claro caracterizar este en humanos, y no podemos predecir la relevancia de los modelos de ratón para el desarrollo humano. Lo que estamos descubriendo es un proceso más complejo y controlado con precisión. Es como ver a un escultor trabajando, guardando un bloque de mármol para revelar una obra maestra. En este caso, la naturaleza es la escultora y el resultado es la increíble complejidad de los dedos de nuestras manos y pies.
La Dra. Sarah Teichmann, autora principal del estudio del Instituto Wellcome Sanger y cofundadora del Human Cell Atlas, dijo: «Por primera vez, hemos podido capturar el notable proceso de desarrollo de órganos con una resolución unicelular. En el espacio y el tiempo. Nuestro trabajo en el Atlas de células humanas trata sobre cómo se forman estructuras anatómicamente complejas. Aumentar nuestra comprensión y ayudar a explorar los procesos genéticos y celulares detrás del desarrollo humano saludable tiene muchas implicaciones para la investigación y la atención médica. han descubierto nuevas funciones para genes importantes. MSC Y PITX1 Puede regular las células madre musculares. También tiene el potencial de tratar trastornos o lesiones relacionados con los músculos.
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Detalles de contacto:
Jelena Pupavac
Oficina de prensa
Bienvenido al Instituto Sanger
Cambridge, CB10 1SA
Correo electrónico: press.office@sanger.ac.uk
Notas al editor:
1. Este estudio es parte del Human Cell Atlas (HCA), un consorcio colaborativo internacional para crear mapas de referencia integrales de todas las células humanas (los componentes básicos de la vida) para comprender la salud humana y diagnosticar, monitorear y tratar enfermedades. Es probable que HCA afecte todos los aspectos de la biología y la medicina, impulsando descubrimientos y aplicaciones traslacionales y, en última instancia, marcando el comienzo de una nueva era de medicina de precisión.
HCA fue cofundada en 2016 por la Dra. Sarah Teichmann en el Wellcome Sanger Institute (Reino Unido) y el Dr. Aviv Regev, entonces en el Broad Institute del MIT y Harvard (EE. UU.). Se trata de una iniciativa verdaderamente global: actualmente cuenta con más de 3100 miembros de HCA de 98 países de todo el mundo. https://www.humancellatlas.org
2. Los investigadores analizaron tejidos de órganos fetales humanos entre 5 y 9 semanas después de la concepción, en el Hospital Addenbrookes de Cambridge, Reino Unido, y en el Centro Médico para Mujeres y Niños, Guangzhou, China.
3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1571054/
4. Video que muestra grupos de expresión genética durante el desarrollo de órganos a través de perfiles de transcripción espacial y tinción de tejido in situ: este video muestra patrones dinámicos de expresión genética. IRX1, SOX9 Y MSX1, genes críticos implicados en la formación de órganos. Su distribución diferencial asegura que se produzca un proceso de «cincelado». IRX1Determinante para la formación de dígitos, y SOX9Convergencia en cinco longitudes distintas dentro de la extremidad en desarrollo, esencial para el desarrollo esquelético MSX1, asociado con células indiferenciadas, ocupa los espacios interdigitales entre estos grupos. Aproximadamente en la semana siete de desarrollo, se activan las moléculas responsables de la muerte de las células interdigitales, lo que lleva a la eliminación de las células en los espacios interdigitales. Esta muerte celular sistémica finalmente revela las formas bien definidas de los dedos de manos y pies.
Crédito del vídeo: DOI: 10.1038/s41586-023-00000-0.
Estos conjuntos de datos están disponibles para análisis interactivo en: https://limb-dev.cellgeni.sanger.ac.uk/
