De eerste ruimtelijke kaart van de evolutie van de menselijke ledematen onthult onverwachte inzichten

Bedankt. Luister naar dit artikel met behulp van de speler hierboven. ✖

Menselijke vingers en tenen groeien niet naar buiten; In plaats daarvan vormen ze zich vanuit een grotere basisknop, waar de overlappende cellen zich terugtrekken en de onderliggende cijfers zichtbaar worden. Dit is een van de vele processen die voor het eerst zijn vastgelegd toen wetenschappers een plaatscelatlas onthulden van het gehele zich ontwikkelende menselijke ledemaat, opgelost in ruimte en tijd.

Onderzoekers van het Wellcome Sanger Institute, Sun Yat-sen University, EMBL’s European Bioinformatics Institute en medewerkers hebben geavanceerde eencellige en ruimtelijke technieken toegepast om een ​​atlas te creëren die het cellulaire landschap van vroege menselijke ledematen karakteriseert en de precieze locatie van cellen aanwijst .

Deze studie maakt deel uit van het internationale Human Cell Atlas-initiatief om elk celtype in het menselijk lichaam in kaart te brengen, om het begrip van gezondheid en ziekte te transformeren.

De atlas, vandaag (6 december) uitgebracht in natuurbiedt een openlijk beschikbare bron die de complexe processen vastlegt die de snelle ontwikkeling van ledematen bepalen tijdens de vroege stadia van de vorming van ledematen.

De atlas onthult ook nieuwe verbanden tussen ontwikkelingscellen en enkele aangeboren ledematensyndromen, zoals brachydactylie en superdactylie.

Het is bekend dat ledematen aanvankelijk verschijnen als zakjes met ongedifferentieerde cellen aan weerszijden van het lichaam, zonder specifieke vorm of functie. Maar na acht weken ontwikkeling zijn ze goed gedifferentieerd, anatomisch complex en onmiddellijk herkenbaar als ledematen, compleet met vingers en tenen. Dit vereist een zeer snelle en nauwkeurige coördinatie van cellen. Elke kleine verstoring van dit proces kan gevolgen hebben verderop in de ontwikkeling. Daarom behoren verschillen tussen de ledematen tot de meest voorkomende ziektebeelden bij de geboorte, die wereldwijd ongeveer één op de 500 geboorten treffen 3 .

Hoewel de ontwikkeling van ledematen uitgebreid is bestudeerd in muis- en kuikenmodellen, is de mate waarin deze de menselijke situatie weerspiegelt onduidelijk gebleven. De technologische vooruitgang stelt onderzoekers nu echter in staat de vroege stadia van de vorming van menselijke ledematen te onderzoeken.

In deze nieuwe studie analyseerden wetenschappers van het Wellcome Sanger Institute, Sun Yat-sen University en hun medewerkers weefsel tussen de 5 en 9 weken ontwikkeling. Hierdoor konden ze specifieke genexpressieprogramma’s volgen, geactiveerd op specifieke tijdstippen en in specifieke gebieden, die de zich ontwikkelende ledematen vormgeven.

Weefselspecifieke kleuring onthulde duidelijk hoe dezelfde celgroepen verschillend gerangschikt waren in patronen van gevormde getallen 4 .

Als onderdeel van het onderzoek toonden de onderzoekers aan dat bepaalde genpatronen implicaties hebben voor de manier waarop handen en voeten worden gevormd. Ze identificeerden bepaalde genen die, wanneer verstoord, geassocieerd zijn met bepaalde ledematensyndromen zoals polydactylie – korte vingers – en polydactylie – extra vingers of tenen.

Het team kon ook bevestigen dat veel aspecten van de ontwikkeling van ledematen gemeenschappelijk zijn tussen mensen en muizen.

Over het geheel genomen bieden deze bevindingen niet alleen een diepgaande beschrijving van de ontwikkeling van ledematen bij mensen, maar bieden ze ook belangrijke inzichten die van invloed kunnen zijn op de diagnose en behandeling van aangeboren ledematensyndromen.

Professor Hongbo Zhang, senior auteur van de studie van de Sun Yat-sen Universiteit in Guangzhou, zei: “Decennia van het bestuderen van modelorganismen hebben de basis gelegd voor ons begrip van de evolutie van ledematen van gewervelde dieren. De karakterisering hiervan bij mensen is tot nu toe echter ongrijpbaar gebleven. “Muizen voor de menselijke ontwikkeling. Wat we blootleggen is een uiterst complex en nauwkeurig gereguleerd proces. Het is alsof je een beeldhouwer aan het werk ziet, die een blok marmer uithakt om een ​​meesterwerk te onthullen. In dit geval is de natuur de beeldhouwer, en het resultaat is de verbazingwekkende complexiteit van onze vingers en voeten.

“Voor het eerst zijn we erin geslaagd het fascinerende proces van de ontwikkeling van ledematen tot op de resolutie van één cel vast te leggen”, zegt dr. Sarah Tishman, senior auteur van de studie van het Wellcome Sanger Institute, en medeoprichter van het Human Resources Institute. Cel Atlas. In ruimte en tijd. Ons werk in de Human Cell Atlas verdiept ons begrip van hoe anatomisch complexe structuren ontstaan, en helpt ons de genetische en cellulaire processen bloot te leggen die ten grondslag liggen aan een gezonde menselijke ontwikkeling, met veel implicaties voor onderzoek en gezondheidszorg. We hebben bijvoorbeeld nieuwe rollen voor sleutelgenen ontdekt Meester En Bitex1 Wat spierstamcellen kan reguleren. Dit zou de mogelijkheid kunnen bieden om spiergerelateerde aandoeningen of blessures te behandelen.

referentie: Zhang B, He B, Lawrence JEG, et al. Een atlas van menselijke embryonale ledemaatcellen opgelost in ruimte en tijd. natuur. 2023. doi: 10.1038/s41586-023-06806-x

Dit artikel is van onderaf opnieuw gepubliceerd Materiaal. Opmerking: het materiaal is mogelijk aangepast op lengte en inhoud. Voor meer informatie kunt u contact opnemen met bovengenoemde bron.