Rumslig kartläggning av tillväxtplattans vävnad kan hjälpa till att förklara hur ben växer
Forskare vid institutionen för kvinnors och barns hälsa har använt en ny teknik för att kartlägga vilka gener som är aktiva i olika delar av skelettets tillväxtplattor. Resultaten ger nya ledtrådar om hur kroppen styr benens förlängning – och varför vissa genetiska mutationer leder till skelettsjukdomar.
Den vuxna kroppslängden bestäms av processer som sker i skelettets tillväxtzoner under barndomen och tonåren. Trots detta är mekanismerna bakom hur tillväxten upprätthålls till stora delar okända. I en ny studie analyserade forskare sällsynta prover av mänsklig vävnad från tillväxtzoner med hjälp av spatial transkriptomik, en metod som visar var i vävnaden som specifika gener är aktiva.
En viktig del av tillväxtzonen är den så kallade vilozonen, som innehåller celler med stamcellsliknande egenskaper.
- Dessa celler har ofta beskrivits som i 'quiescens' – en slags vinterdvala för celler. Vår studie identifierade nya molekylära och funktionella kännetecken för cellulär vila i vilozonen och visade att dess celler skiljer sig mer från varandra än man tidigare trott, säger Phillip Newton, docent vid Department of Women's and Children's Health.
Forskarna identifierade också både välkända och tidigare orapporterade gener som är aktiva i tillväxtzonen. Ett exempel är genen SGMS2, som visade sig uttryckas i de broskceller som ansvarar för att mineralisera vävnaden. Mineraliseringen sker i små strukturer som kallas matrixvesiklar, och forskarna kunde visa att det protein som produceras av SGMS2 finns i dessa strukturer hos möss. När proteinets aktivitet hämmades farmakologiskt försämrades mineralbildningen.
Detta kan vara en ny pusselbit för att förstå varför mutationer i SGMS2 hos människor leder till en rakitliknande sjukdom där skelettet inte mineraliseras som det ska.
- Att bekräfta att kända tillväxtplattgener är aktiva i mänsklig vävnad stärker decennier av forskning i modellorganismer och cellbaserade system, och att upptäcka nya gener som är aktiva kan hjälpa oss att identifiera nya orsaker till tillväxtrubbningar," säger Phillip Newton.
Den heterogenitet som observerats bland cellerna i vilozonen tyder på att regleringen av tillväxt är mer komplex än man tidigare förstått. En öppen fråga framöver är om tillväxten drivs av en enda typ av stamcell eller av en grupp likvärdiga progenitorceller.
- I takt med att spatiala transkriptomiktekniker fortsätter att utvecklas räknar vi med att kunna kartlägga celltillstånd med ännu större precision, vilket ger djupare insikt i hur skeletttillväxt regleras," säger Phillip Newton.
Studien baserades på analyser av spatial genuttryckning i intakt vävnad, möjliggjorda genom ett samarbete mellan Newton-labbet (inklusive Dr. Mahtab Avijgan), professor Lars Sävendahl (KBH), Dr. Reza Mirzazadehs team – inklusive doktoranden Leire Alonso Galicia (inom Lundeberg-gruppen vid KTH och SciLifeLab) – samt Dr. David Gomez-Cabreros grupp, inklusive Dr. Ana López-Pérez (KAUST).