Studiu revoluționar: urmăritorii genetici urmăresc dezvoltarea a peste 1,4 milioane de celule din embrioni de șoarece

Un nou set de studii a adus cele mai detaliate informații despre dezvoltarea celulară a mamiferelor, fiind realizate de două echipe de cercetători folosind tehnologii avansate de editare genetică. În acestea, a fost urmărit parcursul a peste 1,28 milioane de celule dintr-un singur embrion de șoarece, precum și peste 1,4 milioane de celule din 16 embrioni. Aceste rezultate contribuie la înțelegerea formării organismelor din celulă fertilizată.

Compodii ale ADN-ului de înregistrare genealogică

Până în prezent, singurul animal pentru care s-a urmărit întreaga genealogie celulară a fost viermele Caenorhabditis elegans, cu circa o mie de celule. La mamifere, această urmărie era practică imposibilă deoarece embrionii sunt opaci și conțin milioane sau miliarde de celule.

Noile studii utilizează o metodă denumită DNA Typewriter, care constă în modificarea celulelor astfel încât acestea să noteze, prin mici semne în ADN, fiecare diviziune celulară. Aceste marcaje se păstrează și se extind în timpul diviziunilor ulterioare, creând o semnătură genealogică complexă. Sistemul folosește „benzi” sintetice de ADN, cu poziții în care un editor genetic poate introduce semne succesive, mimând funcționarea unei mașini de scris.

Metoda este bazată pe prime editing, o tehnologie de editare genetică mai precisă și mai sigură decât metodele anterioare bazate pe CRISPR. Aceasta evită ștergerile accidentale și permite păstrarea unei istorii complete a diviziunilor celulare pe parcursul dezvoltării embrionului.

Reconstrucția arborelui genealogic și descoperiri cheie

Echipa condusă de Jay Shendure a introdus sistemul în ovulul fecundat de șoarece și a permis dezvoltarea embrionului pentru 13,5 zile, adică aproximativ două treimi din perioada gestației. La final, au analizat 1.281.141 de celule, reprezentând aproximativ 10% din total.

Din marcajele ADN-ului, cercetătorii au reconstruit un arbore genealogic de la zigot până la 138 de tipuri celulare. Au descoperit că primele două celule rezultate după diviziunea inițială nu au contribuit în mod egal la formarea embrionului, contribuind cu 57% și, respectiv, 42%. Totodată, cele două ramuri celulare au produs proporții similare din diferite tipuri de celule.

Această abordare diferă de editarea genetică pentru crearea de caractere specifice și are ca scop înregistrarea istoriei celulare a embrionului. Analizele arată complexitatea și diversitatea liniei de dezvoltare celulară.

Celulele și originea dezvoltării: predictibilitate și plasticitate

O a doua cercetare, condusă de Jonathan Weissman de la Whitehead Institute, a folosit metoda PEtracer pentru a analiza peste 1,4 milioane de celule din 16 embrioni de șoarece. Aceasta a permis reconstrucția a circa 75% dintre diviziunile celulare.

Rezultatele indică o mare asemănare între arborii genealogici ale embrionilor, ramurile importante aparând la intervale de cel mult șase ore. Aceasta sugerează un nivel înalt de reproducibilitate în modul în care se construiește un organism.

Cercetătorii au observat însă că originea unei celule nu îi determină întotdeauna definitiv destinul. Unele celule, chiar dacă provin din ramuri genealogice diferite, pot deveni în mod similar, în funcție de mediul în care ajung și de semnalele primite. La fel, celulele cu aceeași origine pot avea identități variabile dacă se plasează în locuri diferite ale creierului în curs de dezvoltare.

Studiul sugerează o complexitate în modul în care plasticitatea în dezvoltare influențează destinele celulare, oferind o nouă perspectivă asupra procesului de diferențiere.

Limitări ale tehnologiilor și perspectivele viitoare

Deși aceste metode avansează înregistrarea și înțelegerea dezvoltării embrionare, niciuna nu poate încă captura complet toate diviziunile celulare. Sistemul DNA Typewriter are 11 „benzi” cu șase poziții de înregistrare, ceea ce limitează acuratețea arborelui genealogic obținut, care conține și porțiuni reconstruite statistic.

PEtracer are de asemenea limite, neputând surprinde toate etapele procesului de dezvoltare. În ciuda acestor impedimente, obiectivul pe termen lung este crearea unei hărți aproape complete a dezvoltării mamiferelor. Aceasta ar permite compararea între dezvoltarea normală și cea afectată de mutații genetice sau anomalii, contribuind la înțelegerea malformațiilor și bolilor genetice.

Cercetătorii consideră că aceste tehnologii vor putea, în viitor, să ofere informații importante despre originile unor afecțiuni și despre modul în care aceste procese pot fi intervenite sau influențate.