Der Epiblast ist ein Teil des frühen Embryos während der Embryonalentwicklung bei Säugetieren. Das Durchbrechen der Symmetrie in der Richtung anterior-posterior (AP) bei Säugetieren erfolgt während des Prozesses der Gastrulation. Bislang wurde das diesem Prozess zugrundeliegende Signalnetzwerk in der Maus untersucht. Informationen über den menschlichen AP-Achsenbildungsprozess lagen bislang nicht vor.
Für ihre Arbeit haben die Forscher um Dr. Mijo Simunovic und Kollegen aus den Labors Brivanlou und Siggia der Rockefeller University in New York City menschliche embryonale Stammzellen (hESC) in einem optimierten Matrigel verwendet, um ein in vitro 3D-Modell eines menschlichen Epiblasten zu erzeugen. Die hESC-Kolonien waren in Größe, Zellpolarität und Genexpression einem 10-tägigen menschlichen Epiblasten ähnlich. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kulturen in reinem Matrigel bildeten die Zellen in der optimierten Kultur eine annähernd kugelförmige Hohlschale aus und produzierten Schlüssel-Biomarker wie SOX2, OCT4 und NANOG. Letztgenannter ist ein wichtiger Transkriptionsfaktor, der an der Steuerung der Selbsterneuerung von Stammzellen beteiligt ist.
Die Wissenschaftler beobachteten, dass eine bestimmte Dosis eines Proteins mit der Bezeichnung BMP4 spontan zum Durchbruch der Axialsymmetrie führte und Marker zur Ausbildung des Primitivstreifens sowie vom epithelialen in den mesenchymalen Entwicklungsübergang auslöste. Nach Gen-Knockouts und über Live-Cell-Imaging konnte die Wissenschaftler zeigen, dass WNT3 und sein Inhibitor DKK1 downstream von BMP4 eine Schlüsselrolle in diesem Prozess spielten.
Mit ihrem Modell eines menschlichen Epiblasten waren sie in der Lage, einen Durchbruch der axialen Symmetrie auch ohne extraembryonales Gewebe oder mütterliche Einflüsse zu simulieren.
Die Wissenschaftler haben ihre Arbeit im Journal biorxiv veröffentlicht:
Mijo Simunovic, Jakob J. Metzger, Fred Etoc, Anna Yoney, Albert Ruzo, Iain Martyn, Gist Croft, Ali H. Brivanlou & Eric D. Siggia (2018). Molecular mechanism of symmetry breaking in a 3D model of a human epiblast. doi: https://doi.org/10.1101/330704
Quelle:
https://www.news-medical.net/whitepaper/20190320/Using-Hydrogels-to-Produce-an-Epiblast-3D-Model.aspx