Tidig embryonal utveckling är tumultartad. Det involverar en snabb sekvens av händelser, inklusive celldelning, differentiering och massor av fack som rör sig inom varje cell. Som ett orkesterframträdande där varje medlem i bandet måste börja spela vid exakt rätt ögonblick och i perfekt harmoni, måste dessa processer vara exakt tidsbestämda och koordinerade för att säkerställa att embryot utvecklas normalt.
Hur celler förstår detta kaos i början av ett embryos utveckling är en öppen fråga. Proteinet NKX1-2 en avgörande roll, enligt en ny studie publicerad i Stem Cell Reports av ICREA forskningsprofessor Pia Cosma vid Center for Genomic Regulation (CRG) i Barcelona och professor Andrea Califano President för Chan Zuckerberg Biohub New York och professor vid Columbia University.
NKX1-2 beter sig som en orkesters dirigent, och säkerställer skickligt att de genetiska instruktionerna för att utveckla embryot utförs korrekt och vid rätt tidpunkter. Proteinet hjälper till att hantera produktionen och organisationen av cellens maskineri för att tillverka proteiner (som ribosomer) och är också avgörande för att hålla kromosomerna organiserade och korrekt fördelade när celler delar sig.
När forskarna experimentellt hämmade funktionen av NKX1-2 hos möss fann de att nukleolen (en del av kärnan som sätter ihop ribosomer) var allvarligt förändrad, vilket störde embryots förmåga att producera ribosomer på rätt sätt. De fann också att embryona med 2 till 4 celler inte kunde fördela kromosomerna korrekt under celldelningen och att de skulle sluta växa i dessa mycket tidiga utvecklingsstadier.
"NKX1-2 tillhör en proteinfamilj som är känd för att spela avgörande roller i tidig utveckling och organbildning. Även om vi visste att medlemmar av denna familj var viktiga för den allmänna utvecklingen, var NKX1-2:s specifika roll, särskilt i tidiga embryonala stadier, inte inte väl förstådd", förklarar Cosma.
"Det är spännande att sådana mekanistiska bestämningsfaktorer för embryogenes kunde identifieras genom att montera och förhöra ett musembryonalt stamcellsreglerande nätverk, med hjälp av metoder som ursprungligen utvecklades för cancerforskning", tillägger Dr. Califano.
Med tanke på likheterna i tidiga utvecklingsprocesser mellan möss och människor, ger resultaten nya ledtrådar till oförklarliga orsaker till utvecklingsproblem, inklusive missfall. Missfall beror ofta på kromosomavvikelser, som kan uppstå från problem som de som observerades i studien – felaktig kromosomsegregering och celldelningsfel.
Ytterligare forskning kan undersöka om det finns en mänsklig motsvarighet som påverkar dessa grundläggande processer som den gör hos möss, och vad som händer när den misslyckas.
Trots betydelsen av NKX1-2 i tidig embryonutveckling misstänker forskarna att fler "ledare" återstår att upptäcka. "NKX1-2 uttrycks på mycket låga nivåer, vilket gör det extremt svårt att upptäcka. Det är som att försöka hitta en nål i en höstack med traditionella metoder inom biologin. Att upprepa våra metoder kan hjälpa till att hitta andra sällsynta och kritiska element som har varit historiskt förbises", säger Dr. Cosma.
Mer information: Shoma Nakagawa et al, Den Wnt-beroende masterregulatorn NKX1-2 kontrollerar utvecklingen av mus före implantation, Stamcellsrapporter (2024). DOI:10.1016/j.stemcr.2024.04.004
Journalinformation: Stamcellsrapporter
Tillhandahålls av Center for Genomic Regulation
