Ερευνητές στα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας δημοσίευσαν έναν άτλαντα ανάπτυξης ψαριών ζέβρα, που περιγράφει λεπτομερώς τα προγράμματα γονιδιακής έκφρασης που ενεργοποιούνται σε σχεδόν κάθε κυτταρικό τύπο κατά τις πρώτες πέντε ημέρες ανάπτυξης, μια περίοδο κατά την οποία τα έμβρυα ωριμάζουν από ένα κύτταρο σε διαφορετικούς κυτταρικούς τύπους . Αυτά τα διαφορετικά κύτταρα γίνονται ιστοί και όργανα που σχηματίζουν νεαρά ψάρια ικανά να κολυμπούν και να αναζητούν τροφή. Τα ευρήματα δημοσιεύονται στο Developmental Cell.
“Ίσως παραδόξως, το μικροσκοπικό ψάρι ζέβρα μας παρέχει σημαντική εικόνα για την ανθρώπινη ανάπτυξη και τις ασθένειες. Πολλά από τα προγράμματα γονιδιακής έκφρασης που κατευθύνουν την εμβρυϊκή ανάπτυξη είναι παρόμοια σε ψάρια, ανθρώπους και άλλα ζώα”, δήλωσε ο Christopher McBain, Ph.D., επιστημονικός διευθυντής του Εθνικού Ινστιτούτου Παιδικής Υγείας και Ανθρώπινης Ανάπτυξης Eunice Kennedy Shriver (NICHD), το οποίο διεξήγαγε την εργασία. «Δεδομένου ότι τα ψάρια ζέβρα είναι ορατά διαφανή, γονιμοποιούν τα ωάρια εξωτερικά και είναι εύκολο να μελετηθούν γενετικά, αντιπροσωπεύουν έναν μοναδικό και αποτελεσματικό τρόπο μοντελοποίησης της ανθρώπινης ασθένειας».
Η διαδικασία της εμβρυϊκής ανάπτυξης ενορχηστρώνεται από οδηγίες στο DNA που κατευθύνουν διαφορετικά προγράμματα γονιδιακής έκφρασης εντός μεμονωμένων κυττάρων, τα οποία δίνουν σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων τα μοναδικά λειτουργικά χαρακτηριστικά τους. Για να δημιουργήσει τον άτλαντα, η ομάδα μελέτης χρησιμοποίησε μια μέθοδο που ονομάζεται αλληλουχία μονοκυττάρου RNA για να αναγνωρίσει προγράμματα γονιδιακής έκφρασης κατά τη διάρκεια πέντε ημερών, με δείγματα να λαμβάνονται κάθε δύο έως 12 ώρες. Ο άτλαντας που προκύπτει ακολουθεί σχεδόν 490.000 κύτταρα συνεχώς για 120 ώρες μετά τη γονιμοποίηση, με μέσο όρο 8.621 μεταγραφές και 1.745 γονίδια που ανιχνεύονται ανά κύτταρο. Στη συνέχεια, η ομάδα μελέτης ταξινόμησε αυτά τα δεδομένα μεταξύ γνωστών τύπων κυττάρων και κυτταρικών καταστάσεων κατά την ανάπτυξη.
Για να τονίσει τη χρησιμότητα του άτλαντα, η ομάδα επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη κυττάρων που δεν είχαν μελετηθεί, συμπεριλαμβανομένων των εντερικών κυττάρων που ονομάζονται BEST4+, τα οποία συνδέονται με γαστρεντερικές ασθένειες και καρκίνο στους ανθρώπους. Λίγα είναι γνωστά για το πώς αναπτύσσονται αυτά τα κύτταρα επειδή απουσιάζουν σε άλλους κοινούς οργανισμούς-μοντέλους, όπως τα ποντίκια. Χρησιμοποιώντας τον άτλαντα, η ομάδα προέβλεψε υπολογιστικά το πλήρες αναπτυξιακό πρόγραμμα των κυττάρων BEST4+, συμπεριλαμβανομένων των σημάτων που εκκινούν την ανάπτυξη των κυττάρων και τους παράγοντες μεταγραφής που πραγματοποιούν τη διαδικασία. Αυτά τα ευρήματα μπορούν να αξιολογηθούν σε οργανισμούς μοντέλων ή κλινικά δείγματα για να κατανοηθεί καλύτερα ο ρόλος των κυττάρων BEST4+ στην ανθρώπινη ασθένεια.
«Ο άτλαντας μας για την πρώιμη ανάπτυξη του ψαριού ζέβρα είναι μια εξαιρετικά εμπεριστατωμένη πηγή που περιγράφει το πρόγραμμα έκφρασης εκατοντάδων τύπων κυττάρων σε 62 αναπτυξιακά στάδια», δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας Jeffrey A. Farrell, Ph.D., ερευνητής Earl Stadtman και επικεφαλής της μονάδας NICHD. σχετικά με τις προδιαγραφές και τη διαφοροποίηση κυψελών. “Από αυτόν τον άτλαντα, κάναμε ανακαλύψεις σχετικά με κύτταρα που δεν έχουν μελετηθεί, συμπεριλαμβανομένων των εντερικών κυττάρων που εμπλέκονται σε ανθρώπινες ασθένειες, των λείων μυών που περιβάλλουν το έντερο και των κυττάρων που περιβάλλουν τα αιμοφόρα αγγεία. Υπάρχουν πολλές ακόμη εξελίξεις που περιμένουν να αποκαλυφθούν και ανυπομονούμε να δούμε τι μπορεί να κάνει η ερευνητική κοινότητα με τον άτλαντα ανοιχτού κώδικα».