Nya insikter om tidig embryonal utveckling hos människa
Forskare vid Karolinska Institutet och Ludwiginstitutet för cancerforskning i Stockholm har gjort en detaljerad molekylär kartläggning av det mänskliga embryots första utvecklingsvecka. Forskningen visar bland annat att det finns betydliga skillnader mellan människans tidiga embryoutveckling jämfört med musens, som är den vanligaste organismen att studera processen i. Den nya studien, som publiceras i tidskriften Cell, visar också att gener som finns på X-kromosomen regleras annorlunda i människa än i mus.
Människans tidiga embryoutveckling är svår att studera och det mesta av kunskapen kommer från studier i möss. Under de första sju dagarna efter att ägget befruktats utvecklas embryot från en enda cell till en blastocyst, en ihålig cellbubbla av 200–300 celler. Det är under denna tid som de tre första celltyperna uppkommer: trofektoderm som ger upphov till moderkakan, hypoblasten som ger upphov till fosterhinnor, och de embryonala cellerna som ger upphov till själva embryot. För att embryot ska kunna fästa till livmoderväggen och graviditeten starta är det nödvändigt att dessa tre celltyper mognar korrekt. Men exakt när, i vilken ordning och hur celltyperna uppkommer i människa har varit oklart.
Genom att detektera genuttryck i enskilda celler har två forskargrupper ledda av Rickard Sandberg och Fredrik Lanner tillsammans lyckats avläsa vilken del av arvsmassan som används i embryots celler vid olika tidpunkter under utvecklingens första vecka. Forskarna analyserade celler från donerade mänskliga embryon som av olika anledningar inte kan användas för patienters infertilitetsbehandling.
Det tidiga embryot
Forskarna fann att de tre första celltyperna bildas senare i människa än i mus och att alla tre celltyperna tycks mogna mer parallellt i människa.
– Den grundläggande kunskapen från vår forskning är inte bara viktig för ökad förståelse av embryoutvecklingen, utan den ger också insikt i hur pluripotenta celler uppkommer och regleras i det tidiga embryot. Den kunskapen är viktig för användandet av embryonala stamceller i regenerativ medicin, säger Fredrik Lanner vid institutionen för klinisk vetenskap, inter
vention och teknik, Karolinska Institutet.
Forskarna fann också att uttrycket av gener som är belägna på X-kromosomen regleras på ett oväntat sätt. X-kromosomen har ett särskilt genregleringsproblem, eftersom kvinnors celler har två X-kromosomer (XX) medan män bara har en kopia (XY). För att undvika att kvinnor får dubbelt så hög uttrycksnivå av alla gener på X-kromosomen jämfört med män måste kvinnors celler balansera genuttrycket.
I möss, där processen är välstuderad, stängs en av de två X-kromosomerna helt enkelt av under den första veckan. Men det har varit oklart om denna process ens inleds under första veckan i mänskliga embryon.
Under första veckan
– Det vi kunnat visa är att dosbalans gradvis uppnås under dag 4–7, och intressant nog genom en helt ny mekanism där genuttrycket från båda X-kromosomerna i det kvinnliga embryot dämpas, säger Rickard Sandberg vid institutionen för cell- och molekylärbiologi vid Karolinska Institutet och Ludwiginstitutet för cancerforskning (Ludwig Cancer Research).
Forskningen har finansierats med stöd av Vetenskapsrådet, Ragnar Söderbergs stiftelse, Stiftelsen för strategisk forskning, Europeiska vetenskapsrådet och Åke Wibergs stiftelse. Sophie Petropoulos, Daniel Edsgärd och Björn Reinius är förstaförfattare till studien. Sophie Petropoulos har stipendium från Mats Sundin Fellowship Programme för utbyte mellan Karolinska Institutet och University of Toronto.
Text: Karin Söderlund Leifler
Publikation
Single-cell RNA-seq reveals lineage and X-chromosome dynamics in human preimplantation embryos
Sophie Petropoulos, Daniel Edsgärd, Björn Reinius, Qiaolin Deng, Sarita Pauliina Panula, Simone Codeluppi, Alvaro Plaza Reyes, Sten Linnarsson, Rickard Sandberg, Fredrik Lanner
Cell, published online 7 April 2016, doi: 10.1016/j.cell.2016.03.023
