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Systems Imaging of Emerging Asymmetry in Vertebrate Development

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La sincronización del destino celular durante el desarrollo del embrión

El momento en el que una célula inicia la transición desde un fenotipo indiferenciado a uno pluripotente tiene un importancia crucial para el desarrollo de un organismo. Comprender la base molecular que subyace a estos cambios podría ser de gran valor para su aplicación en medicina regenerativa.

Investigación fundamental

Tras la fertilización, se pueden diferenciar distintos tipos celulares en el estado de blastocisto del embrión (32-64 células). Sin embargo, aún existe un acalorado debate sobre si existen otros procesos de diferenciación celular en acción mucho antes de la inducción de pluripotencia en las células de la masa celular interna (MCI), que da lugar al embrión, o del trofoectodermo (TE), que da lugar a la placenta. El trabajo previo del equipo de SIEAVD condujo al desarrollo de un ensayo para analizar la progresión del desarrollo embrionario preimplantacional. El ensayo de tasa de decaimiento de fluorescencia tras fotoactivación (FDAP) permitió el análisis cuantitativo del Oct4, un factor de transcripción clave que controla el progreso de la preimplantación en diferentes etapas del desarrollo embrionario del ratón. El proyecto financiado por la Unión Europea SIEAVD empleó de manera sistemática técnicas de imagen avanzadas para identificar los primeros signos de diferenciación celular durante el desarrollo embrionario a fin de predecir los procesos de determinación de linaje celular. Los investigadores lograron predecir la existencia de pluripotencia en los primeros compases del desarrollo embrionario, concretamente en el estado de 4 células, un descubrimiento que tiene un una gran relevancia. En este contexto, las células que exhibían una cinética lenta de Oct4 y una mayor fracción inmóvil eran más propensas a formar parte de la MCI, mientras que la mayoría de las células que presentaban una cinética rápida de Oct4 tendían a dar lugar al TE. Para comprender mejor la dinámica de las proteínas implicadas en el desarrollo, los investigadores emplearon técnicas de imagen in vivo para visualizar proteínas fluorescentes fotoconvertibles (pcFPs) de color verde a rojo. Esto no solo permitió llevar a cabo un análisis más preciso, sino que además favoreció la detección en paralelo de poblaciones de proteínas fluorescentes verdes y rojas. El equipo de SIEAVD también logró reducir la fototoxicidad relacionada con las moléculas fluorescentes gracias al empleo del método de la conversión estimulada. La optimización de este proceso abrió el camino para una selección no invasiva de alto contraste de células y proteínas de interés. Gracias al descubrimiento del mecanismo molecular que subyace a la conversión estimulada, los investigadores desarrollaron variantes convertibles estimuladas de la mayoría de las pcFPs de color verde a rojo conocidas, así como diferentes sensores fotoconvertibles y moduladores de actividad. Esto aumenta considerablemente el número de proteínas rastreables disponibles desde una a todas las pcFP de antozoos conocidas. El proyecto empleó la técnica optimizada de la conversión estimulada como herramienta para visualizar de manera precisa la aparición de asimetría durante el desarrollo embrionario en mamíferos. Una vez desarrollada la técnica de adquisición rápida de imágenes volumétricas por conversión estimulada como una metodología de imagen de gran precisión, el próximo paso consistirá en visualizar el desarrollo de todos los blastómeros del embrión de ratón con una resolución espaciotemporal sin precedentes.

Palabras clave

Desarrollo del embrión, pluripotencia, SIEAVD, técnica de imagen, conversión estimulada

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Avances científicos
Investigación fundamental

26 Mayo 2021