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Systems Imaging of Emerging Asymmetry in Vertebrate Development

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Das Timing des Zellschicksals im sich entwickelnden Embryo

Für die Entwicklung entscheidend ist der Punkt, an dem eine Zelle den Sprung von einer undifferenzierten zu einer pluripotenten Form macht. Das Verständnis der molekularen Basis dieser Veränderungen könnte für die Anwendung in der regenerativen Medizin von unschätzbarem Wert sein.

Grundlagenforschung

Nach der Befruchtung können verschiedene Zelltypen im 32-64-Zell-Embryo identifiziert werden. Allerdings gibt es immer noch eine heftige Debatte darüber, ob vor der Induktion der Pluripotenz in der inneren Zellmasse (ICM), die dann zum Embryo oder zum Trophektoderm (TE) wird, der sich zur Plazenta entwickelt, Entwicklungsunterschiede im Spiel sind. Während der bisherigen Forschung hatte das SIEAVD-Team einen Test zur Analyse des Fortschritts der Vor-Implantationsentwicklung etabliert. Der FDAP-Assay (fluorescence decay after photoactivation) ermöglichte die quantitative Analyse eines Schlüssel-Transkriptionsfaktors, Oct4, der den Vorimplantationsfortschritt in verschiedenen Stadien des Mausembryos steuert. Das von der EU finanzierte SIEAVD-Projekt verwendete systematisch fortschrittliche bildgebende Werkzeuge, um die frühesten Anzeichen von Entwicklungsunterschieden zu ermitteln, um die Abstammung von Zelllinien zu prognostizieren. Besonders interessant war, dass die Forscher die Pluripotenz im Embryo schon im 4-Zellen-Stadium vorhersagen konnten. Zellen mit langsamer Oct4-Kinetik und einer hohen immobilen Fraktion wurden wahrscheinlich eher Teil des ICM, während die meisten Zellen mit der schnellen Oct4-Kinetik dazu bestimmt waren, TE zu werden. Um die Proteindynamik im Spiel weiter zu schärfen, nutzten die Forscher in vivo Bildgebung, um von grün nach rot fluoreszierende Proteine (pcFPs) zu visualisieren. Dadurch wurde diese Hochdurchsatzuntersuchung nicht nur verfügbarer, auch die grünen und die roten Protein-Populationen können gleichzeitig verfolgt werden. SIEAVD nutzte auch die verminderte Phototoxizität, die mit der sogenannten „primed conversion“-Methode möglich war. Durch die Verfeinerung des Prozesses eröffnete das Team die Möglichkeit für eine nicht-invasive, kontrastreiche Auswahl an zielgerichteten Zellen und Proteinen. Durch die Entdeckung des molekularen Mechanismus der „primed conversion“ schufen die Forscher Farbwechselvarianten der bekanntesten grün-nach-rot-pcFPs sowie mehrere Farbwechselsensoren und Aktivitätsmodulatoren. Dies erhöht drastisch die Anzahl der verfolgbaren Proteine von einem auf alle bekannten pcFPs von Blumentieren. Das Projekt hat eine verfeinerte „primed conversion“ als ein mächtiges Werkzeug verwendet, um die Entstehung der Asymmetrie im Säugetier-Embryo zu betrachten. Nach dem Aufbau der „primed-konvertiblen“ volumetrischen Bildgebungstechnik als überlegene Bildgebungsmethodik steht der Weg nun für die Entwicklung aller Mausblastomere mit einer beispiellosen Präzision in Zeit und Raum offen.

Schlüsselbegriffe

Entwicklung von Embryo, Pluripotenz, SIEAVD, Imaging, grundierte Umwandlung 

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