Información importante sobre la evolución de la cabeza de los vertebrados

Las células derivadas de la cresta neural craneal (CNCC) son una subpoblación de vertebrados, a menudo denominada cuarta capa germinal. Tienen un potencial extraordinario para formar diversos tipos de células. Además de las células pigmentarias y el sistema nervioso periférico, los CNCC forman el tejido regular externo que llena los arcos faríngeos y dan origen a gran parte del tejido conjuntivo y esquelético de los maxilares y la cara.

Aún no se ha resuelto cómo las células de la cresta neural adquieren un potencial de linaje tan inusual como para generar una enorme diversidad de derivados, incluida la mayor parte de los tejidos conectivos y esqueléticos de la cabeza de los vertebrados.

Ahora, los científicos del laboratorio de Gage Crump han creado una serie de atlas a lo largo del tiempo para comprender las decisiones moleculares que toman los CNCC para formar tejidos específicos en el desarrollo del pez cebra. Sus hallazgos, publicados en Comunicaciones de la naturaleza, puede proporcionar nuevos conocimientos sobre el crecimiento normal de la cabeza, así como sobre los defectos congénitos del cráneo y la cara.

Los centros de neuronas artificiales han fascinado durante mucho tiempo a los biólogos con la sorprendente variedad de tipos de células que pueden producir. Al estudiar este proceso en peces cebra trazables genéticamente, hemos identificado varios interruptores potenciales que permiten que CNCC forme estos tipos de células muy diferentes”. dijo Gage Crump, Profesor de Células Madre biología y Medicina Regenerativa en la Escuela de Medicina Keck de la Universidad del Sur de California.

Dirigido por el postdoctorado Peter Fabian y Ph.D. Los estudiantes Kuo-Chang Tseng, Mathi Thiruppathy y Claire Arata, el equipo de científicos, etiquetaron permanentemente los CNCC con una proteína fluorescente roja para rastrear los tipos de células que provienen de los CNCC a lo largo de la vida del pez cebra.

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Para comprender la aparición y la diversificación de los linajes CNCC a lo largo de la vida de los vertebrados, los investigadores establecieron un atlas longitudinal unicelular de expresión génica y accesibilidad a la cromatina para los derivados CNCC del pez cebra.

La enorme cantidad de datos generados requirió que los científicos desarrollaran una nueva herramienta computacional para comprenderlos.

«Creamos un tipo de análisis computacional que llamamos ‘constelaciones’, porque el resultado visual final de esta tecnología recuerda a las constelaciones de estrellas en el cielo». dijo Fabián. «A diferencia de la astrología, nuestro algoritmo de horóscopo realmente puede predecir el futuro de las células y revelar genes clave que probablemente controlen su desarrollo».

Con este nuevo enfoque bioinformático, el equipo descubrió que CNCC no comienza con toda la información necesaria para crear la enorme diversidad de tipos de células. En cambio, solo después de que se han propagado por todo el feto, el CNCC comienza a reorganizarse. hereditario Sustancias en preparación para convertirse en tejidos específicos. Las constelaciones han identificado con precisión marcadores genéticos que apuntan a estos destinos específicos de los CNCC. Los experimentos de la vida real confirmaron que las constelaciones identificaron correctamente el papel de una familia de genes ‘FOX’ en la formación del cartílago facial, y una función previamente no apreciada de los genes ‘GATA’ en la formación de los tipos de células de las branquias respiratorias que permiten el pez respirar.

«Al realizar uno de los estudios unicelulares más completos de las poblaciones de células de vertebrados hasta la fecha, no solo obtuvimos información importante sobre la evolución de la cabeza de los vertebrados, sino que también creamos una herramienta computacional muy útil para estudiar el desarrollo y la regeneración de órganos en todo el cuerpo». dijo Crump.

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referencia de la revista

  1. Fabian, B, Tsing, KC, Theropathy, M et al. Perfiles unicelulares de por vida de la diversificación de la cresta neural craneal en el pez cebra. Común nacional 13, 13 (2022). DOI: 10.1038 / s41467-021-27594-w

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