El primer mapa espacial de la evolución de las extremidades humanas revela ideas inesperadas


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Los dedos de las manos y de los pies humanos no crecen hacia afuera; En cambio, se forman desde el interior de un brote de base más grande, donde las células superpuestas retroceden para revelar los dedos que se encuentran debajo. Este es uno de los muchos procesos capturados por primera vez cuando los científicos revelaron un atlas de células espaciales de todo el miembro humano en desarrollo, resuelto en el espacio y el tiempo.

Investigadores del Instituto Wellcome Sanger, la Universidad Sun Yat-sen, el Instituto Europeo de Bioinformática del EMBL y sus colaboradores han aplicado técnicas espaciales y unicelulares de vanguardia para crear un atlas que caracteriza el paisaje celular de las primeras extremidades humanas, señalando la ubicación precisa de las células. .

Este estudio es parte de la iniciativa internacional Human Cell Atlas para mapear cada tipo de célula en el cuerpo humano, para transformar la comprensión de la salud y la enfermedad.

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El atlas, publicado hoy (6 de diciembre) en naturalezaproporciona un recurso disponible abiertamente que captura los procesos complejos que gobiernan el rápido desarrollo de las extremidades durante las primeras etapas de formación de las extremidades.

El atlas también revela nuevos vínculos entre las células del desarrollo y algunos síndromes congénitos de las extremidades, como la braquidactilia y la superdactilia.

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Se sabe que las extremidades aparecen inicialmente como sacos de células indiferenciadas a ambos lados del cuerpo, sin forma ni función específica. Pero después de 8 semanas de desarrollo, están bien diferenciados, son anatómicamente complejos e inmediatamente reconocibles como extremidades, con dedos de manos y pies. Esto requiere una coordinación de células muy rápida y precisa. Cualquier pequeña interrupción en este proceso puede tener un impacto posterior, razón por la cual las diferencias en las extremidades se encuentran entre los síndromes más comunes al nacer y afectan aproximadamente a uno de cada 500 nacimientos en todo el mundo 3 .

Si bien el desarrollo de las extremidades se ha estudiado ampliamente en modelos de ratones y polluelos, no está claro hasta qué punto refleja la situación humana. Sin embargo, los avances tecnológicos ahora permiten a los investigadores explorar las primeras etapas de la formación de las extremidades humanas.

En este nuevo estudio, científicos del Instituto Wellcome Sanger de la Universidad Sun Yat-sen y sus colaboradores analizaron tejido entre 5 y 9 semanas de desarrollo. Esto les permitió rastrear programas de expresión genética específicos, activados en momentos y áreas específicos, que dan forma a las extremidades en desarrollo.

La tinción específica de tejido reveló claramente cómo los mismos grupos de células estaban dispuestos de manera diferencial en patrones de números formados 4.

Como parte del estudio, los investigadores demostraron que ciertos patrones genéticos tienen implicaciones en cómo se forman las manos y los pies, identificando ciertos genes que, cuando se alteran, se asocian con ciertos síndromes de las extremidades, como la polidactilia (dedos cortos) y la polidactilia (dedos o dedos adicionales). dedos de los pies.

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El equipo también pudo confirmar que muchos aspectos del desarrollo de las extremidades son compartidos entre humanos y ratones.

En general, estos hallazgos no sólo proporcionan una descripción detallada del desarrollo de las extremidades en humanos, sino que también brindan información importante que podría impactar el diagnóstico y tratamiento de los síndromes congénitos de las extremidades.

El profesor Hongbo Zhang, autor principal del estudio de la Universidad Sun Yat-sen en Guangzhou, dijo: «Décadas de estudio de organismos modelo han sentado las bases para nuestra comprensión de la evolución de las extremidades de los vertebrados. Sin embargo, la caracterización de esto en humanos ha seguido siendo difícil de alcanzar hasta ahora». , y no hemos podido formular hipótesis sobre la importancia de los modelos». Ratones para el desarrollo humano. Lo que estamos descubriendo es un proceso extremadamente complejo y finamente regulado. Es como ver a un escultor trabajando, tallando un bloque de mármol para revelar una obra maestra. En este caso, la naturaleza es la escultora y el resultado es la sorprendente complejidad de nuestros dedos y pies.

«Por primera vez, hemos podido capturar el fascinante proceso del desarrollo de las extremidades hasta una resolución unicelular», dijo la Dra. Sarah Tishman, autora principal del estudio del Instituto Wellcome Sanger y cofundadora de Human Atlas celular. En el espacio y el tiempo. Nuestro trabajo en Human Cell Atlas profundiza nuestra comprensión de cómo se forman estructuras anatómicamente complejas, ayudándonos a descubrir los procesos genéticos y celulares que subyacen al desarrollo humano saludable, con muchas implicaciones para la investigación y la atención médica. Por ejemplo, hemos descubierto nuevas funciones para genes clave maestría Y bitex1 Que puede regular las células madre musculares. Esto podría ofrecer la posibilidad de tratar trastornos o lesiones relacionadas con los músculos.

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referencia: Zhang B, He B, Lawrence JEG, et al. Un atlas de células de extremidades embrionarias humanas resueltas en el espacio y el tiempo. naturaleza. 2023. doi: 10.1038/s41586-023-06806-x

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