Come fa un minuscolo ammasso di cellule a diventare un embrione con testa, busto e coda? E come migliaia di geni coordinano questo sviluppo? Una nuova tecnica di imaging consente ora di visualizzare l’attività di migliaia di geni contemporaneamente nell’intero embrione di pesce zebra. Grazie a questa tecnologia, un team di ricerca dell’Università di Basilea ha creato un atlante di tutti i geni e le cellule coinvolti nello sviluppo dal cluster cellulare all’embrione.
L’interazione tra geni e cellule durante lo sviluppo dall’uovo fecondato all’embrione è molto complessa. I metodi precedenti registravano l’attività dei geni solo in sezioni bidimensionali. Ciò significa che non era possibile visualizzare l’intero embrione e la risoluzione spaziale rimaneva limitata. Inoltre, i modelli subcellulari spesso non vengono riconosciuti.
Un nuovo metodo consente ora al team di ricerca guidato da Alex Schier presso il Biozentrum dell’Università di Basilea di visualizzare l’attività di migliaia di geni in tutto l’embrione e di collegarli alla maturazione e ai movimenti delle cellule. Il risultato è un atlante completo dello sviluppo embrionale precoce e fornisce nuove conoscenze su come i geni e le cellule danno forma all’embrione in crescita.
Un atlante 4D per geni e cellule
una domanda centrale è: come lavorano insieme migliaia di geni in un embrione e come è collegata la loro attività al movimento delle cellule?", spiega il primo autore, il dottor Yinan Wan. Per rispondere a questa domanda, il team di Schier ha sviluppato una nuova tecnologia di imaging chiamata weMERFISH. Questa tecnologia consente di misurare direttamente l’attività di quasi 500 geni in interi tessuti con una risoluzione subcellulare.
Sulla base di queste misurazioni, i ricercatori hanno creato il loro atlante dello sviluppo embrionale precoce. combinando i dati precedenti relativi alle singole cellule con le nostre misurazioni dell’attività genica, siamo stati in grado di calcolare i modelli spaziali di migliaia di geni e l’attività di circa 300.000 potenziali regioni regolatrici", spiega Wan. I dati sono liberamente accessibili tramite la piattaforma web "Merfisheyes". l’atlante è inteso come una risorsa per i biologi dello sviluppo di tutto il mondo", continua Wan.
Quando il tempo diventa visibile nello spazio
Le immagini non solo forniscono immagini statiche, ma permettono anche di trarre conclusioni sui processi spaziali e temporali. Durante la formazione della coda, ad esempio, i ricercatori hanno osservato che le cellule sono disposte lungo l’asse del corpo in una sequenza di stadi di sviluppo: Le cellule staminali immature si trovano all’estremità della coda, mentre le cellule sempre più mature, come le cellule muscolari, si trovano più avanti. in un certo senso, si può vedere il tempo nello spazio", spiega Wan.
ciò che è stato sorprendente è che i cambiamenti nell’attività genica sono correlati alla maturazione e alla migrazione delle cellule nell’embrione e quindi le dinamiche dell’espressione genica sono legate ai movimenti morfogenetici".
Confini netti senza smistamento cellulare
Con l’aiuto dell’atlante, i ricercatori sono riusciti anche a chiarire come nascono i confini netti tra i diversi tessuti, ad esempio tra il tessuto muscolare e quello spinale. Hanno scoperto una zona di cellule in cui l’attività di molti geni cambia in modo significativo e differisce da un lato all’altro del tessuto.
Un confronto tra le prime fasi dello sviluppo e quelle successive ha mostrato che questi geni sono inizialmente attivi su entrambi i lati, ma in seguito solo su uno. Inoltre, non ci sono quasi cellule che attraversano questo confine. questi confini non sono creati da cellule che si mescolano e poi si separano, ma principalmente da cellule che cambiano il loro programma genetico", spiega Alex Schier, leader del gruppo di ricerca.
Base per studi futuri
Con weMERFISH, l’atlante "Merfisheyes" e l’integrazione dell’imaging dal vivo, la ricerca ha ora a disposizione un nuovo strumento. Esso consente di analizzare congiuntamente l’attività genica, la regolazione genica e i movimenti cellulari nell’intero embrione.
In futuro, il team di Alex Schier vorrebbe studiare altri stadi di sviluppo per completare ulteriormente il quadro dello sviluppo precoce dei vertebrati. a lungo termine, vogliamo capire quali combinazioni di attività genica e comportamento cellulare sono necessarie per formare un particolare organo o tessuto", dice Schier. un giorno potremmo scoprire in quanti modi si sviluppa un cuore o un midollo spinale".
Pubblicazione originale
Yinan Wan et al.
Trascrittomica spaziale dell’intero embrione a risoluzione subcellulare dalla gastrulazione all’organogenesi.
Science (2026), adt3439
