Forscher der University of Queensland haben erstmals Echtzeitbilder und -videos der frühen Embryonalentwicklung aufgenommen, um mehr über angeborene Geburtsfehler zu erfahren.
Dr. Melanie White und Dr. Yanina Alvarez vom Institute for Molecular Bioscience der UQ verwendeten Wachteleier, um zu verstehen, wie Zellen beginnen, Gewebe wie Herz, Gehirn und Rückenmark zu bilden.
Der Forschung wurde veröffentlicht in Zeitschrift für Zellbiologie von einem Team, zu dem auch Marise van der Spuy und Jian Xiong Wang vom Institute for Molecular Bioscience der UQ gehörten.
Dr. White sagte, dass drei Prozent der australischen Babys von angeborenen Geburtsfehlern betroffen seien. Am häufigsten seien Herzfehler, an zweiter Stelle Neuralrohrdefekte.
„Da Wachteln in einem Ei heranwachsen, sind sie für bildgebende Untersuchungen sehr gut zugänglich und ihre frühe Entwicklung ist der eines Menschen zum Zeitpunkt der Einnistung des Embryos in die Gebärmutter sehr ähnlich“, sagte Dr. White.
„Zum ersten Mal haben wir hochauflösende Echtzeitbilder wichtiger früher Entwicklungsprozesse gesehen.
„Bisher beruhte unser Wissen über die Entwicklung nach der Implantation größtenteils auf Studien an statischen Objektträgern zu festgelegten Zeitpunkten.“
Die IMB-Forscher haben Wachteln mit einem fluoreszierenden Protein erzeugt, um die Struktur, das sogenannte Aktin-Zytoskelett, sichtbar zu machen, das den Zellen ihre Form gibt und die Bewegung ermöglicht.
Bildnachweis: University of Queensland
„Wenn Zellen während der frühen Entwicklung wandern, strecken sie Ausstülpungen, sogenannte Lamellipodien und Filopodien, aus, die wie Arme aussehen, die nach Oberflächen greifen und diese greifen, sodass die Zellen kriechen oder andere Zellen erreichen können, um sie näher zusammenzubringen“, sagte Dr. White.
„Wir konnten die Filopodien von Herzstammzellen tief im Inneren des Embryos abbilden, als sie zum ersten Mal Kontakt aufnahmen, indem sie Ausstülpungen hervorstreckten und sich an ihrer Umgebung und aneinander festklammerten, um das frühe Herz zu bilden.
„Es ist das erste Mal, dass jemand das Aktin-Zytoskelett der Zelle, das diesen Kontakt ermöglicht, in Live-Bildern erfasst hat.“
Die Forscher bildeten auch die offenen Ränder des Neuralrohrs ab und zeigten, wie dieses „mit einem Reißverschluss verschlossen“ wurde, um mit der Bildung von Gehirn und Rückenmark zu beginnen.
„Wir haben gesehen, wie die Zellen mit ihren Ausstülpungen über das offene Neuralrohr griffen, um die gegenüberliegende Seite zu erreichen – je mehr Ausstülpungen die Zellen bildeten, desto schneller schloss sich das Rohr“, sagte Dr. White.
„Wenn dieser Prozess schief läuft oder gestört ist und sich der Eileiter in der vierten Woche der menschlichen Entwicklung nicht richtig schließt, kommt es beim Embryo zu Gehirn- und Rückenmarksdefekten.
„Unser Ziel ist es, Proteine oder Gene zu finden, die in Zukunft gezielt angegriffen oder zum Screening angeborener Geburtsfehler eingesetzt werden können.
„Wir sind sehr gespannt auf die Möglichkeiten, die dieses neue Wachtelmodell nun bietet, die Entwicklung in Echtzeit zu untersuchen.“
Mehr Informationen:
Yanina D. Alvarez et al, Eine Lifeact-EGFP-Wachtel zur Untersuchung der Aktindynamik in vivo, Zeitschrift für Zellbiologie (2024). DOI: 10.1083/jcb.202404066