Die Black Box hinter der Embryonalentwicklung

Die DNA-Regulation ist ein kritischer Prozess in einer Zelle, der es ihr ermöglicht, ihre Funktion zu erfüllen. Dieser Prozess ist während der Schwangerschaft von entscheidender Bedeutung, wenn sich embryonale Zellen zu allen Zelltypen entwickeln müssen, die für die Bildung eines Embryos erforderlich sind. Ein internationales Forscherteam der KU Leuven, des Babraham-Instituts, der Radboud-Universität, der Universität Gent und des IMBA hat entdeckt, dass die erste Entscheidung über das Zellschicksal der Embryonalentwicklung durch ein Protein namens PRC2 reguliert wird. Diese neuen Einblicke in die menschliche Entwicklung könnten uns helfen, den frühen Schwangerschaftsverlust in der Zukunft zu verstehen. Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Natur Zellbiologie.

Alle Menschen beginnen ihre Existenz als Samenzelle und Eizelle. Am fünften oder sechsten Tag ist aus der befruchteten Eizelle eine Blastozyste geworden, ein sich schnell teilender Zellhaufen, der aus einer inneren und einer äußeren Zellgruppe besteht. Die äußere Gruppe bildet die Plazenta; die inneren Zellen entwickeln sich zu einem Embryo. Diese Entwicklung ist ein komplexer Prozess, bei dem jeder Schritt entscheidend ist und der kleinste Fehler die Embryonalentwicklung beenden kann.

Auf den richtigen Schalter kommt es an

Unser Körper enthält Hunderte verschiedener Zellen, die eine Vielzahl von Funktionen erfüllen und Teil der verschiedenen Gewebe und Organe sind. Interessanterweise enthält jede Zelle in unserem Körper die gleiche DNA. Sie können DNA mit dem Sicherungskasten in Ihrem Haus vergleichen, wo Sie – je nachdem, wo Sie Strom benötigen – die Sicherungen ein- oder ausschalten. Dasselbe passiert in unseren Zellen: Je nach Funktion einer Zelle werden Teile der DNA „an-“ oder „abgeschaltet“, um die richtigen Gene zum richtigen Zeitpunkt zu aktivieren.

Da frühe embryonale Zellen schließlich alle Zellen bilden, gingen Forscher immer davon aus, dass frühe embryonale Zellen während der Entwicklung leicht Gene an- und ausschalten könnten. „Die erste Entscheidung, die Zellen während der menschlichen Embryonalentwicklung treffen müssen, ist, ob sie den Embryo selbst oder die Plazenta bilden. Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese erste Entscheidung nicht so einfach ist, wie wir zunächst dachten“, erklärt Professor Vincent Pasque (KU Leuven) . „Um die Plazenta zu bilden, müssen die äußeren Zellen der Blastozyste die richtigen Schalter zum richtigen Zeitpunkt einschalten. Wir haben entdeckt, dass Zellen Barrieren überwinden müssen, um Plazenta-Gene einzuschalten“, ergänzt Hendrik Marks, Gruppenleiter von der Radboud University.

Embryonalentwicklung verstehen

Um zu untersuchen, wie der menschliche Embryo in der ersten Entwicklungswoche wächst, hat das Team Blastoide verwendet, Stammzell-Embryomodelle, bei denen sich Stammzellen zu embryoähnlichen Strukturen organisieren und die Embryonalentwicklung nachahmen. „Mit diesem Blastoid-Modell könnten wir die menschliche Embryonalentwicklung untersuchen“, erklärt Nicolas Rivron, Gruppenleiter am IMBA. „Blastoide rekapitulieren gewissermaßen, wie sich menschliche Embryonen in den ersten Tagen der Entwicklung verhalten.“

„Mit diesem Embryomodell konnten wir sehen, dass, wenn wir das Protein PRC2 entfernen, eine erhöhte Anzahl von Plazentazellen in Blastoiden vorhanden ist. Diese Ergebnisse zeigen, dass PRC2 eine Barriere für das Auftreten von Plazentazellen darstellt“, erklärt Ph.D. Forscherin Irene Talon (KU Leuven).

„Unsere Forschung eröffnet die Möglichkeit, die Spezialisierung von Stammzellen und die Entwicklung von Blastoiden besser zu kontrollieren, was nützlich ist, um im Labor zu untersuchen, wie die anfänglichen Plazentazellen gebildet werden. Langfristig könnten die neuen Erkenntnisse unser Verständnis davon verbessern, wie sich Embryonen erfolgreich einnisten.“ in der Gebärmutter in den frühesten Stadien der Schwangerschaft, und warum dies manchmal schief gehen kann“, schließt Professor Peter Rugg-Gunn (Babraham Institute).