Vés enrere El rellotge del desenvolupament de les cèl·lules humanes i dels ratolins funciona a velocitats diferents

El rellotge del desenvolupament de les cèl·lules humanes i dels ratolins funciona a velocitats diferents

Un nou estudi mostra que les diferències entre les espècies quant al ritme de desenvolupament es basen en la velocitat de les seves reaccions bioquímiques. El treball ha estat liderat per Miki Ebisuya a l'EMBL Barcelona i RIKEN BDR i ha comptat amb la participació de Jordi Garcia-Ojalvo a la UPF. 

18.09.2020

Científics del Centre de Recerca de Dinàmica de Biosistemes RIKEN, de l’EMBL Barcelona, de la UPF i de la Universitat de Kyoto han descobert que el senyal rítmic del “rellotge de segmentació”, una xarxa de gens que governa la formació seqüencial del patró corporal en embrions, batega més lent en humans que en ratolins. La diferència es deu al fet que algunes reaccions bioquímiques en les cèl·lules humanes progressen a un ritme menor.

Cada espècie al seu ritme

En la fase inicial del desenvolupament dels vertebrats, l'embrió es desenvolupa en una sèrie de segments que finalment es diferencien en diversos tipus de teixits, com músculs o ossos. Aquest procés es regeix per un procés bioquímic oscil·lant, conegut com a “rellotge de segmentació”, que varia en velocitat segons l'espècie. En ratolins, cada oscil·lació del rellotge de segmentació triga unes dues hores, mentre que en les cèl·lules humanes triga cinc hores. No obstant això, continua sent un misteri el motiu pel qual la durada d'aquest cicle és diferent entre les diferents espècies.

Per resoldre aquest enigma, els investigadors han utilitzat cèl·lules mare embrionàries de ratolí i cèl·lules mare pluripotentes induïdes humanes (iPS). Ambdues tenen la capacitat d'especialitzar-se per a formar altres tipus de cèl·lules en el cos. Els científics les han transformat en un tipus cel·lular conegut com mesoderm presomític (PSM), el desenvolupament del qual està regit per el ¨rellotge de segmentació¨.

Primer, els científics han estudiat si la diferència en la freqüència d'oscil·lació entre els dos tipus de cèl·lules es deu a la forma en la qual les cèl·lules es comuniquen entre si, o si l'origen de la discrepància es troba en els processos bioquímics dins de cada cèl·lula. Mitjançant experiments d'aïllament de cèl·lules o de bloqueig de senyals importants, s'han adonat que són els processos bioquímics dins les cèl·lules els que causen les diferents freqüències.

Velocitats de reacció bioquímica diferents expliquen per què els ratolins es desenvolupen més ràpid que els humans

Un cop confirmat que els processos clau que governen les oscil·lacions del rellotge de segmentació ocorren dins les cèl·lules, els investigadors van començar a sospitar que la diferència en els ritmes de desenvolupament podria deure's a un gen anomenat HES7. No obstant això, per a la seva sorpresa, una sèrie d'experiments en els quals van intercanviar els gens HES7 entre cèl·lules humanes i cèl·lules de ratolí no va afectar la durada del cicle.

“No haver estat capaços de mostrar una diferència en l'expressió gènica ens va deixar amb l'única possibilitat que la diferència en la freqüència d'oscil·lació es degués a les diferents reaccions bioquímiques dins les cèl·lules”, comenta Miki Ebisuya, qui actualment és líder de grup a l’EMBL Barcelona, i que ha dut a terme el treball a l’RIKEN BDR i l’EMBL.

Però, en què consisteixen exactament aquestes diferències? Per a esbrinar-ho, l'equip ha examinat la taxa de degradació de la proteïna HES7, que exerceix un paper clau en el cicle d'oscil·lació, tant en ratolins com en humans. I han observat que la proteïna HES7 es degrada més lentament en cèl·lules humanes que en cèl·lules de ratolí. També han descobert que el temps que triguen les cèl·lules a transcriure el gen HES7 en ARN missatger (ARNm), processar la molècula de ARNm i traduir-ho en proteïnes és significativament diferent. “D'aquesta manera, hem pogut demostrar que és l'entorn cel·lular de les cèl·lules humanes i de ratolí el que marca la diferència en les velocitats de reacció bioquímica i, per tant, en les escales de temps implicades”, destaca Ebisuya.

Cap a una millor comprensió del desenvolupament dels vertebrats

Com explica Ebisuya, les seves observacions han portat als científics a desenvolupar el concepte “alocronia del desenvolupament”, un terme que significa que alguna cosa es desenvolupa en escales de temps diferents. “El nostre estudi ens ajudarà a comprendre el complicat procés a través del qual es desenvolupen els vertebrats”, afegeix Ebisuya. “Una de les preguntes clau que queda pendent i que ens agradaria respondre és a què es deuen exactament les diferències en les taxes de reacció en les cèl·lules humanes i en les de ratolí. Volem llançar llum sobre aquest misteri en un futur pròxim”.

Article de referència:

Matsuda, M et al. Science, published online 18 September 2020. DOI: 10.1126/science.aba7668

Multimèdia

Perfils dels protagonistes:

Jordi Garcia-Ojalvo

Categories:

ODS - Objectius de desenvolupament sostenible:

Els ODS a la UPF

Contact

Per a més informació

Notícia publicada per:

Oficina de Comunicació