Texto escrito por Olga Afonso, Helena Cantwell e Shuzo Kato
Microtúbulos: ponte meiose à mitose e diferenciação celular
Em um workshop dedicado às primeiras divisões embrionárias, não poderíamos perder uma sessão focada em microtúbulos. A sessão começou com uma palestra de Helena Cantwell (Universidade da Califórnia, Berkeley) que combinou dois sistemas modelo, Ciona Robusta e Xenopus laevis Estudar os mecanismos moleculares que mediam a transição meiótica para o fuso mitótico. Helena descobriu que a caseína quinase II é como um regulador basic da morfologia do fuso que atua através da through RAN-GTP da montagem do fuso (1). Trabalho adicional sobre como o gradiente RAN-GTP muda durante a transição meiótica para o fuso mitótico finalmente fecharia o loop. A Reber Simone, do Instituto Max-Planck de Biologia da Infecção, mostrou trabalhos recentes do laboratório, focados nas mudanças da morfologia do fuso durante a diferenciação celular. Eles usaram a tomografia de difração óptica para mostrar que as células diferenciadas têm um citoplasma mais diluído, resultando em uma mudança de massa de microtúbulos do quantity mitótico do fuso para centrossomas e microtúbulos astrais (2). As questões restantes se relacionam com a forma como o citoplasma é diluído durante a diferenciação e qual é a função biológica do aumento dos microtúbulos astrais. A sessão foi concluída com uma apresentação de Nicolas Minc, Instituto Jaques Monod, Paris. Nicolas Minc usa embriões de ouriços do mar para estudar como a posição do eixo da metafase é mantida em uma célula grande, onde os microtúbulos estão longe do limite da célula. Usando uma combinação de pinças ópticas e análise computacional de fluxos citoplasmáticos, Nicolas mostrou que o posicionamento do eixo é mantido pelas propriedades viscoelásticas do citoplasma (3,4,5). No geral, esta sessão abordou o papel dos microtúbulos em todas as etapas do desenvolvimento embrionário: da primeira meiose para a transição da mitose para o que acontece com a morfologia do fuso quando as células começam a se diferenciar.
Energética do desenvolvimento inicial
Os processos celulares no desenvolvimento embrionário são alimentados pelo metabolismo energético. Embora as vias bioquímicas do metabolismo tenham sido caracterizadas nos séculos passados, como os embriões organizam fontes de energia limitadas para seu desenvolvimento preciso é pouco compreendido (6,7). Especificamente, quais são os custos energéticos de processos específicos, como montagem citoesquelética e regulação do ciclo celular? Além disso, como os fluxos de energia intracelular restringem esses processos? E que tipo de ferramentas quantitativas precisamos medir ou inferir fluxos de energia no desenvolvimento? Qiong Yang (Universidade de Michigan) abordou essas questões quantificando como as fontes de energia limitam o controle espaço -temporal do ciclo celular em embriões usando Xenopus laevis Extratos citoplasmáticos. Shuzo Kato (Tu Dresden) discutiu o papel dos fluxos de energia na regulação da organização do fuso mitótico usando sistemas sem células e embriões. Jonathan Rodenfels (Instituto Max Planck de Biologia Molecular de Cells and Genetics) compartilhou informações sobre o controle espacial do metabolismo energético durante o desenvolvimento e o possível papel de energia na evolução. A avaliação desses desafios e perguntas avançará nossa compreensão da base energética do desenvolvimento embrionário.
Decisões do destino celular em embriões iniciais
O foco do workshop mudou para a diferenciação celular com um grupo de palestras que descrevem o trabalho abordando a questão do que impulsiona as decisões do destino celular nos embriões iniciais usando uma variedade de sistemas e abordagens diferentes. Silvia Santos (o Instituto Francis Crick) discutiu o trabalho de seu laboratório explorando a interação entre a assinatura do ciclo celular e o destino celular em células-tronco embrionárias (ESCs) e modelos organoides baseados em ESC (8). Amber Rock (Universidade de Harvard) apresentou seu trabalho usando os vermes Acoel (9) para explorar os componentes mínimos necessários para e a contribuição de informações posicionais para o desenvolvimento embrionário viável. Jordi Garcia-Ojalvo (Universitat Pompeu Fabra) terminou a sessão com uma discussão do trabalho de seu grupo usando abordagens físicas, em combinação com dados experimentais, para descobrir circuitos que impulsionam a especificação do destino celular na embriogênese (10). Esta sessão reuniu uma série de perspectivas da embriologia experimental e da biologia celular à modelagem com base em princípios físicos e provocou discussões interessantes sobre autonomia celular, identidade e tomada de decisão no contexto da embriogênese.
A divisão celular embrionária precoce é um fenômeno complexo que envolve processos físicos e biológicos. No geral, o workshop foi realmente uma oportunidade única de sentar -se na mesma tabela, líderes de grupo estabelecidos no campo das primeiras divisões embrionárias e jovens pesquisadores em um ambiente descontraído e casual que promoveu discussões abertas sobre problemas de longa information e emergente, além de colaborações nas disciplinas tradicionais. Além disso, a reunião reuniu experimentalistas e teóricos, uma sinergia muito necessária para enfrentar desafios complexos no campo. Como uma propriedade emergente de uma atmosfera colaborativa, construímos uma rede robusta entre todos os participantes – uma rede que, sem dúvida, fortalecerá a comunidade de pesquisa “embrião inicial”. Os tempos emocionantes estão à frente, à medida que descobrimos os princípios do desenvolvimento embrionário inicial.
Referências
(1) Cantwell H, Nguyen H, Kettenbach A, Heald R. A morfologia do fuso muda entre meiose e mitose impulsionada pela regulação da CK2 da through do RAN. Biorxiv (2024) doi: 10.1101/2024.07.25.605073.
(2) Kletter T, Muñoz O, Reusch S, Biswas A, Halavatyi A, Neumann B, Kuropka B, Zaburdaev V, Reber S. Propriedades do materials do materials citoplasmático específico do estado celular. Biorxiv (2024) doi: 10.1101/2024.07.22.604615
(3) Nommick A, Xie J, Minc N. Manipulação da posição do eixo usando pinças magnéticas em embaraços de ouriços do mar. Métodos Mol Biol. (2025) 2872: 87-100.
(4) Tanimoto H, Sallé J, Dodin L, Minc N. Forças físicas que determinam a persistência e a precisão de centralização de ásters de microtúbulos. Nat Phys. (2018) 14 (8): 848-854.
(5) Najafi J, Dmitrieff S, Minc N. Viscoelasticidade do citoplasma dependente de tamanho e posição através de interações hidrodinâmicas com a superfície celular. PNAS (2023) 120 (9) E2216839120.
(6) Ghosh S, Körte A, Serafini G, Yadav V, Rodenfels J, Energetics de desenvolvimento: gasto energético, orçamentos e metabolismo durante a embriogênese animal. Semin. Cell dev. Biol. (2023) 138, 83-93.
(7) Yang X, Heinemann M, Howard J, Foster P, Bioenergética física: fluxos de energia, orçamentos e restrições nas células. PNAS (2021) 118 (26) E2026786118.
(8) Padgett J, Santos S. De relógios a dominó: lições sobre remodelação do ciclo celular de células -tronco embrionárias. FEBS LETTERS (2020) 594 (13), 2031-2045.
(9) Srivastava m. Estudando desenvolvimento, regeneração, células -tronco e muito mais na ACOEL Hofstenia Miamia. Curr. Principal. Dev. Biol. (2022) 147: 153–172.
(10) Saiz N, Mora-Bitria L, Rahman S, George H, Herder J, Garcia-Ojalvo J, Hadjantonakis, Ak. O acoplamento mediado pelo fator de crescimento entre o tamanho da linhagem e a escolha do destino celular está subjacente à robustez do desenvolvimento de mamíferos. eLife (2020) 9, E56079.
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