Embriogénesis en 4D: un atlas del desarrollo para genes y células
Una nueva tecnología de imagen supera las limitaciones de la 2D y capta simultáneamente la actividad de 500 genes en tejidos completos
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¿Cómo se convierte un minúsculo grupo de células en un embrión con cabeza, tronco y cola? ¿Y cómo coordinan este desarrollo miles de genes? Un nuevo método de obtención de imágenes permite visualizar la actividad de miles de genes simultáneamente en todo el embrión del pez cebra. Gracias a esta tecnología, un equipo de investigación de la Universidad de Basilea ha creado un atlas de todos los genes y células que intervienen en la transformación de un grupo de células en embrión.
La interacción entre genes y células durante la transformación de un óvulo fecundado en embrión es muy compleja. Los métodos anteriores sólo captaban la actividad génica en cortes 2D, lo que imposibilitaba la visualización de todo el embrión y ofrecía un detalle espacial limitado, a menudo sin patrones subcelulares.
El nuevo método permite ahora al equipo de investigación del profesor Alex Schier, del Biozentrum de la Universidad de Basilea, visualizar las actividades de miles de genes en todo el embrión y relacionarlas con la maduración y el movimiento celular. El resultado es un atlas completo del desarrollo temprano, junto con nuevos conocimientos sobre cómo los genes y las células dan forma al embrión en crecimiento. El estudio se publicó en Science.
Un atlas 4D de genes y células
"Una pregunta central ha sido: ¿Cómo trabajan juntos miles de genes en un embrión y cómo se relaciona su actividad con el movimiento de las células?", explica el Dr. Yinan Wan, primer autor del estudio. Para responder a esta pregunta, el equipo desarrolló una nueva tecnología de imagen denominada weMERFISH. Permite medir directamente la actividad de casi 500 genes en tejidos enteros con resolución subcelular.
A partir de estas mediciones, los investigadores crearon un atlas del desarrollo embrionario temprano. "Combinando datos unicelulares anteriores con nuestras mediciones de la actividad génica, pudimos calcular patrones espaciales de miles de genes y la actividad de unas 300.000 posibles regiones reguladoras", explica Wan. Los datos son de libre acceso a través de la plataforma web MERFISHEYES. "El atlas pretende ser un recurso para biólogos del desarrollo de todo el mundo".
Cuando el tiempo se hace visible en el espacio
Las imágenes no sólo proporcionan instantáneas estáticas, sino que permiten sacar conclusiones sobre procesos espaciales y temporales. Por ejemplo, durante la formación de la cola, los investigadores observaron que las células a lo largo del eje corporal se disponen en una secuencia de etapas de desarrollo: en la punta de la cola se encuentran células madre inmaduras, mientras que más adelante se pueden encontrar células cada vez más maduras, como las musculares. "En cierto sentido, se puede ver el tiempo en el espacio", explica Wan.
"También fue sorprendente que los cambios en la actividad génica se alinearan con la forma en que las células se mueven a través del embrión, vinculando la dinámica de la expresión génica a los movimientos morfogenéticos".
Límites nítidos sin clasificación celular
Con la ayuda del atlas, los investigadores también pudieron aclarar cómo se forman límites claros entre distintos tejidos, por ejemplo entre el tejido muscular y el de la columna vertebral. Descubrieron una zona de células en la que la actividad de muchos genes cambia drásticamente y difiere de un lado a otro.
Una comparación de las fases inicial y posterior demostró que estos genes están activos inicialmente en ambos lados, pero más tarde sólo en uno. Y apenas hay células que crucen este límite. "Estos límites no surgen porque las células se entremezclen y luego se clasifiquen, sino sobre todo porque las células cambian su programa genético", afirma Alex Schier.
Base para futuros estudios
Con weMERFISH, el atlas MERFISHEYES y la integración de imágenes en vivo, los investigadores disponen ahora de una nueva herramienta. Permite el análisis conjunto de la actividad génica, la regulación génica y el movimiento celular en todo el embrión.
En el futuro, el equipo de Schier tiene previsto investigar otras fases del desarrollo para completar la imagen del desarrollo temprano de los vertebrados. "A largo plazo, queremos entender qué combinaciones de actividad génica y comportamiento celular son necesarias para formar un órgano o tejido específico", dice Schier. "Algún día quizá descubramos cuántas formas hay de construir un corazón o una médula espinal".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Yinan Wan, Jakob El Kholtei, Ignatius Jenie, Mariona Colomer-Rosell, Jialin Liu, Qinghua Zhang, Joaquin Navajas Acedo, Lucia Y. Du, Mireia Codina-Tobias, Mengfan Wang, Wei Zheng, Edward Lin, Tzy-Harn Chuang, Oded Mayseless, Ahilya Sawh, Susan E. Mango, Guoqiang Yu, Bogdan Bintu, Alexander F. Schier; "Whole-embryo spatial transcriptomics at subcellular resolution from gastrulation to organogenesis"; Science, Volume 391
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