Perkembangan embrio: Acak bukan cetak biru

Nasib sel dalam embrio awal diatur secara spontan

Sel yang diisolasi dari tahap 8 sel membelah diri dan berkumpul menjadi "mini-blastocysts": Sel kaya Cdx2 (putih, kiri) cenderung mengarahkan diri mereka di luar. Protein Nanog (putih, kanan) tidak mempengaruhi posisi sel. Tepi sel-sel individual berwarna merah. © MPI untuk Biomedik Molekul
membacakan

Bagaimana tumpukan sel yang sederhana menjadi embrio yang kompleks? Bagaimana sel-sel tahu tipe jaringan mana yang dibedakan? Itulah yang ditemukan oleh para ahli biomedik Jerman. Yang mengejutkan, kebetulan memainkan peran penting, seperti yang mereka laporkan dalam jurnal "Development".

Mamalia terdiri dari lebih dari 200 jenis sel yang berbeda, yang semuanya memiliki tugas khusus. Jenis sel organisme dewasa, tetapi juga bagian dari plasenta, berasal dari sel tunggal, sel telur yang dibuahi. Bagaimana bisa begitu banyak sel yang sangat khusus berkembang dari satu sel dan terbentuk menjadi jaringan? Untuk menemukan jawabannya, para ilmuwan mengamati kapan perbedaan pertama antara sel muncul di awal embrio. Jens-Erik Dietrich dan Takashi Hiiragi telah mengikuti karakteristik dan posisi masing-masing sel dalam embrio awal.

Dari bola sel ke embrio

Pada hari ketiga setelah pembuahan, setelah lima pembelahan sel, embrio tikus terdiri dari 32 sel. Ini telah berkembang menjadi struktur bola, yang disebut blastocyst, yang berlubang di dalamnya. Pada saat ini, sudah ada setidaknya dua jenis sel yang sama sekali berbeda. Di luar, ada satu lapisan sel, trofektoderm, dari mana bagian plasenta muncul, yang bertanggung jawab atas pasokan nutrisi ke embrio yang sedang berkembang. Di dalam gua terletak, di tepi lapisan sel luar, sebuah cluster sel, juga disebut massa sel bagian dalam. Dari sinilah akhirnya bentuk mouse.

Tetapi bagaimana perbedaan pertama antara sel-sel dibuat? Apakah setiap sel mengembangkan programnya secara acak atau takdir sudah ditentukan bahkan sebelum dapat ditangkap "dengan mata"? Studi tentang lalat buah, katak cakar dan ikan zebra telah menunjukkan bahwa faktor spesifik di daerah tertentu dalam sel telur menentukan bagaimana sel yang terbentuk selama divisi pertama berkembang. Dalam organisme ini, oleh karena itu, ada penyelarasan yang sangat awal dari sel-sel dalam embrio. Pra-penataan ini terdengar sangat menarik sehingga para ilmuwan berusaha menemukan pola pola ini pada tikus sebagai model untuk mamalia.

Organisasi spontan dalam embrio tikus awal

Jens-Erik Dietrich dan Takashi Hiiragi menyelidiki pola ekspresi tiga faktor (Oct4, Cdx2 dan Nanog) dalam penelitian mereka. Ini masih dapat ditemukan di semua sel pada tahap 8-sel. Namun, pada blastokista akhir, mereka hanya ditemukan pada massa sel bagian dalam (Oct4 dan Nanog), atau hanya secara eksternal, pada trofektoderm (Cdx2). Sidik jari molekuler ini digunakan oleh Dietrich dan Hiiragi untuk mengamati mekanisme di mana sel mengatur diri mereka sendiri dalam embrio. pameran

Mencolok adalah pola tingkat ekspresi yang sangat bervariasi dari beberapa faktor (Nanog dan Cdx2). Beberapa sel punya banyak, yang lain sangat sedikit. Anehnya, kesewenang-wenangan variabilitas mengejutkan. Baik posisi pada embrio awal maupun korelasi timbal balik tidak menentukan polanya. Untuk menyelesaikan masalah ini, Dietrich dan Hiiragi menyelidiki apakah proses-proses ini berlangsung dalam sel-sel embrionik yang terisolasi maupun di dalam embrio.

Untuk tujuan ini, Dietrich dan Hiiragi memiliki sel tunggal dari tahap 8 sel yang terpecah satu atau dua kali. Sel-sel menghasilkan dua sel saudara berukuran sama atau dua yang berbeda, sebuah fenomena berdasarkan apa yang disebut pembelahan sel simetris atau asimetris. Nanog selalu hadir dalam jumlah yang sama dalam sel yang terbagi secara simetris dan asimetris. Namun, ada lebih banyak dan lebih banyak Cdx2 di sel yang lebih besar. Setelah dua pembelahan sel, empat sel yang dihasilkan terorganisir menjadi mini-blastocysts, di mana sel-sel di luar memiliki lebih banyak Cdx2 daripada yang di dalam.

Acak bukan cetak biru

"Dari sini kami menyimpulkan bahwa pembelahan sel mengatur tingkat sel Cdx2, dan bahwa pola protein kemudian menentukan ke mana sel bergerak, " kata Dietrich. Namun, bagi Dietrich dan Hiiragi, sangat menarik untuk mengamati bahwa jumlah sel embrio yang menjalani pembelahan asimetris sangat bervariasi. "Rupanya, variabilitas dalam mode pembelahan sel ini tidak relevan untuk pembentukan blastokista; Proses pola sangat fleksibel dalam pengaturannya sehingga selalu berakhir dengan blastokista yang diperlukan untuk implantasi. "

Hasil ini bertentangan dengan asumsi bahwa setiap sel telur memberikan "cetak biru" untuk pengembangan lebih lanjut. Dietrich dan Hiiragi telah menunjukkan bahwa profil molekuler dalam sel dibuat secara acak. Setelah itu, sel-sel mengembara ke tempat program mereka mendikte mereka. Jadi semua permulaan tampaknya kebetulan. Dietrich menambahkan: "Tetapi kebetulan itu sulit dibuktikan." Itulah sebabnya Dietrich dan Hiiragi akan terus meneliti sel untuk mengkonfirmasi model dua fase yang mereka usulkan.

(MPG, 14.12.2007 - NPO)