À medida que os embriões se desenvolvem, as suas células desempenham duas tarefas fundamentais: dividem-se para povoar o organismo em desenvolvimento e especializam-se em diferentes tipos de células – células da pele, células cerebrais e muito mais – para realizar uma variedade de funções essenciais. Em nosso artigo, pretendemos explorar como o processo de divisão celular influencia a diferenciação de vários tipos de células durante o desenvolvimento inicial.
Quando entrei no laboratório de Allon Klein, a equipe tinha acabado de publicar atlas unicelulares do desenvolvimento de peixes-zebra e sapos (Wagner et al. e Briggs et al. 2018), oferecendo um mapa detalhado dos estados celulares ao longo de várias horas de desenvolvimento embrionário. Allon e eu começamos a debater maneiras de usá-los para aprender uma nova biologia além da catalogação de estados transcricionais. Tivemos longas discussões sobre as direções do projeto e vários processos fundamentais de desenvolvimento que poderíamos investigar – organização do genoma, metabolismo ou divisão celular. Quando comecei a ler literatura, a divisão celular rapidamente se destacou.
Devido à sua natureza periódica, levantou-se a hipótese de que a divisão celular poderia atuar como um relógio para eventos de desenvolvimento. No entanto, grande parte da literatura não suporta a universalidade desta hipótese. Por exemplo, estudos em embriões de ascídias mostraram que quando a divisão celular period bloqueada no estágio de oito células, algumas células ainda expressavam marcadores musculares no momento correto de desenvolvimento, sugerindo que a divisão celular não period necessária para o comprometimento com a linhagem muscular (Whittaker et al. . 1973, figura abaixo). Embora vários estudos semelhantes tenham testado o impacto do bloqueio da divisão em alguns genes marcadores, faltava uma investigação sistemática sobre o papel da divisão celular na formação de todos os principais tipos de células durante o desenvolvimento inicial. Então, decidimos fazer exatamente isso – em embriões de peixe-zebra.
O peixe-zebra forneceu um sistema excellent para esta questão porque as suas células dividem-se e diferenciam-se rapidamente no primeiro dia de desenvolvimento (Figura abaixo). Ao iniciar meus primeiros experimentos, eu esperava encontrar pelo menos alguns tipos de células cuja diferenciação dependesse do ciclo celular ativo. Alternativamente, imaginei encontrar estados celulares “mistos” intermediários que eu poderia acompanhar durante o resto do meu doutorado. Mas, para nossa surpresa, todos os principais tipos de células diferenciaram-se perfeitamente sem divisão celular.
Por um tempo, fiquei sem saber como avançar no projeto. Passei quase um ano analisando mudanças na expressão genética entre embriões de controle e embriões parados no ciclo celular. Dois padrões principais surgiram:
As células sanguíneas diferenciaram-se mais lentamente em embriões parados, indicando um atraso específico do tipo celular na diferenciação.
Os embriões presos exibiram um programa transcricional característico relacionado à parada do ciclo celular que period international e independente do tipo de célula.
Embora a diferenciação parecesse praticamente inalterada, a divisão celular também controla as proporções das células nos tecidos e órgãos. Perguntamos como a divisão de bloqueio influenciou isso. Um resultado possível period que os tipos de células que normalmente se dividem com mais frequência seriam desproporcionalmente reduzidos em embriões parados. Alternativamente, os embriões podem ativar um mecanismo de “compensação” para manter proporções celulares normais.
Para responder a isto, precisávamos estimar quantas vezes cada tipo de célula se dividiu em condições normais – um problema desafiador. As ferramentas emergentes de rastreamento de linhagem provavelmente resolverão isso em breve, mas adotamos uma abordagem computacional, inferindo números de divisão celular a partir de dados de transcriptoma unicelular e árvores de linhagem. Como esperado, os tipos de células que normalmente se dividem mais foram os mais afetados pela interrupção da divisão. Contudo, quantitativamente, o efeito foi menos grave do que o previsto, sugerindo algum nível de compensação.
Assim, embora a divisão celular não seja necessária para a diferenciação, a divisão influencia o tempo e as proporções dos tipos de células.
Referências
Whittaker, JR “Segregação durante a embriogênese das ascídias da informação citoplasmática do ovo para o desenvolvimento de enzimas específicas do tecido.” Anais da Academia Nacional de Ciências 70.7 (1973): 2096-2100.
Wagner, Daniel E., et al. “Mapeamento unicelular de paisagens de expressão gênica e linhagem no embrião de peixe-zebra.” Ciência 360.6392 (2018): 981-987.
Briggs, James A., et al. “A dinâmica da expressão gênica na embriogênese de vertebrados na resolução unicelular.” Ciência 360.6392 (2018): ear5780
(Sem classificações ainda)
Carregando…
