Els òrgans sensorials ens permeten percebre la informació del món exterior. La seva formació durant el desenvolupament embrionari és un procés complex del que encara ens queda molt per conèixer i la comprensió de com es controlen la diferenciació i l’especialització de les cèl·lules en l'espai i el temps segueix sent un gran repte per a la biologia. Ara, un estudi publicat a la revista eLife proporciona imatges en 4D del desenvolupament embrionari de l'oïda interna en peix zebra, aportant una nova visió sobre la formació d'aquest òrgan.

L'oïda interna és l'òrgan sensorial responsable de l'equilibri i l'audició, i les seves cèl·lules ciliades s'encarreguen de percebre els estímuls externs. Aquesta informació es transmet a les neurones sensorials, que la condueixen fins el cervell. Tant les cèl·lules ciliades com les neurones sensorials s'originen durant el desenvolupament embrionari a partir de cèl·lules progenitores situades en una estructura coneguda com vesícula òtica, on segueixen diferents instruccions per donar lloc a un tipus cel·lular o un altre. La interpretació d'aquesta informació resulta en l'activació o la repressió de diversos gens importants per a la destinació final d'aquestes cèl·lules.

Mitjançant tècniques d'imatge en alta resolució, l'equip científic liderat per Cristina Pujades, investigadora del Departament de Ciències Experimentals i de la Salut (DCEXS) de la Universitat Pompeu Fabra (UPF), ha reconstruït la història de les cèl·lules ciliades i les neurones sensorials en l'oïda interna d'embrions de peix zebra. La combinació de la microscòpia en 4D amb altres eines de processament d'imatge els ha permès crear un mapa dinàmic de les cèl·lules progenitores de la vesícula òtica.

La microscòpia en 4D inclou la magnitud temporal, per això és tan útil per als estudis de desenvolupament embrionari: a més de visualitzar les mostres en format 3D (amb volum), els moviments de les cèl·lules en el temps queden enregistrats. “Hem pogut realitzar mesuraments espaciotemporals, i així entendre per primera vegada el comportament de les cèl·lules progenitores, és a dir, com el seu destí final està relacionat amb el seu comportament en un lloc i moment determinats," comenta Sylvia Dyballa, primera autora de l'article.

La importància de la posició espaciotemporal en el desenvolupament

Un dels processos que han pogut observar amb detall és la delaminació de les cèl·lules progenitores neuronals. Aquestes cèl·lules es troben a la vesícula òtica, en surten seguint el procés de delaminació, i així formen el gangli neuronal. Els investigadors van observar que l'organització i la funció de les neurones sensorials en el gangli depenia del comportament de les seves progenitores durant la delaminació.

“Tots aquests descobriments estableixen un vincle entre el lloc i l'ordre de delaminació dels progenitors i la seva identitat neuronal dins del gangli, i suggereixen l'existència d'una fina regulació espacial i temporal en el desenvolupament embrionari de l'oïda interna”, comenta Pujades, cap del grup de recerca en Neurobiologia del Desenvolupament de la UPF.

Molts canvis en poc temps

La delaminació es dóna de manera massiva en un període molt curt de temps. Per tant, el grup de progenitors neuronals experimenta canvis dramàtics en la seva grandària i forma alhora que s'ha de mantenir l'homeòstasi del sistema. A més, aquest procés ha d'estar coordinat amb la formació de les cèl·lules ciliades, les que estan en primera instància en contacte amb l'exterior. Els investigadors van observar que els progenitors d'aquestes cèl·lules tenen comportaments variats, però comparteixen el fet que el seu lloc de naixement determina la seva funció. “Vam poder reconstruir el mapa dinàmic de progenitors de l'oïda interna i veure com els territoris que alberguen els progenitors neuronals i sensorials canvien durant el desenvolupament embrionari”, comenta Pujades.

“Aquest estudi ens ajuda a entendre els mecanismes cel·lulars en la formació dels òrgans sensorials, el que ens permetrà aprofundir en el funcionament de les xarxes genètiques durant el desenvolupament embrionari, i la regeneració i deteriorament dels teixits,” apunta Dyballa. “El desafiament en el futur és utilitzar aquesta informació com a base per explorar com les neurones sensorials i les cèl·lules ciliades es desenvolupen després de la regeneració o quins són els problemes que porten a la degeneració”.

Article de referència: Sylvia Dyballa, Thierry Savy, Philipp Germann, Karol Mikula, Mariana Remesikova, RóbertŠpir, Andrea Zecca, Nadine Peyriéras, Cristina Pujades. Distribution of neurosensory progenitor pools during inner ear morphogenesis unveiled by cell lineage reconstruction. eLife 2017; doi:10.7554/eLife.22268

Figura 1: L'òrgan sensorial de l'oïda interna. Oïda interna d'un embrió de peix zebra en el que s’hi poden observar les cèl·lules ciliades (aspecte semblant a pèls), organitzades en dos pegats sensorials, i les neurones del gangli sensorial en contacte amb les cèl·lules ciliades per una banda i de l'altra enviant projeccions amb informació al cervell.

Figura 2: Seguint les cèl·lules progenitores en temps real. Esquerra: Història de les cèl·lules progenitores acolorides (veure llegenda) atenent al moment en què delaminen de la vesícula òtica. Les cèl·lules que delaminen d'hora (blanques) estan separades de les que ho han fet tard (vermelles) un cop al gangli neuronal. Dreta: Progenitors acolorits atenent la seva posició en la vesicula òtica en el moment de delaminar (blau davant i vermell darrera). Les cèl·lules mantenen la seva posició relativa en el gangli (blaves i vermelles no es barregen).