Publiserat 6.7.2023
Text: Jere Weltner
Bild: iStock
Redigering: Viestintätoimisto Jokiranta Oy

 

Det tidiga människoembryots utveckling är en fascinerande process. Under processen utvecklas embryot från en encellig, befruktad äggcell, dvs. en zygot, till ett flercelligt cellkluster som fäster sig vid livmoderväggen, dvs. en blastocyst.  Denna process styrs av ett regulatoriskt gennätverk, som fungerar som ett urverk, och där den sekventiella aktiveringen av olika genreglerande faktorer leder till uppkomsten av olika celltyper.

Det tidiga embryots utveckling har redan länge varit känd på morfologisk nivå, dvs. ur de anatomiska förändringarnas perspektiv. Ändå har det först i och med utvecklingen av sekvenseringsmetoder för enskilda celler blivit möjligt att bättre förstå förändringarna i genuttryck i det tidiga embryot. Problemet är dock hur förändringarna i genernas uttrycksnivåer kan kopplas till förändringarna i det tidiga embryots celluttryck, dvs. fenotypen. Vi behöver lära oss mer om förändringarnas effekter för att kunna få en övergripande förståelse av de molekylära mekanismerna i utvecklingen av det tidiga embryot.

 

Manipulering av genernas funktion är problematiskt

Genernas funktion bör kunna manipuleras i rätt biologisk kontext för att förändringarna i genuttryck ska kunna kopplas till förändringarna i fenotypen. Manipulering är dock problematiskt, då forskningsobjektet är genfunktionen i det tidiga människoembryot. Det tidiga embryots cellantal, tillgången på forskningsprover samt etiska faktorer begränsar vilka slags försök som kan göras på embryon – ett ersättande alternativ är modellering av genfunktionen i det tidiga embryot i stamcellsmodeller.

Bland de stamcellsmodeller som odlas i laboratorium är det de pluripotenta stamcellerna som mest liknar det tidiga embryots celler. Pluripotenta stamceller kan härledas antingen genom att odla celler från det tidiga embryots inre cellmassa eller genom att omprogrammera specialiserade celler hos vuxna till inducerade pluripotenta celler som motsvarar de embryonala cellerna.

Inducerade pluripotenta stamceller kan produceras genom överuttryck av specifika genregleringsfaktorer i det tidiga embryot i specialiserade celler, till exempel hud- eller blodceller. Denna process kallas omprogrammering. I detta forskningsprojekt strävar vi efter att använda principerna för omprogrammering av celler för modellering av det tidiga embryots genfunktioner i odlade pluripotenta stamceller.

 

Cellmodellering möjlig utan embryon

Den första celltypen som differentieras från det tidiga embryots celler är trofektoderm, som bildar embryots yttre cellager. Trofektodermens celler bildar vävnader som stöder embryots tillväxt och i ett senare skede bildar de till exempel moderkakan. De pluripotenta stamcellerna bildar ändå inte primärt celler för vävnader utanför embryot, såsom moderkakan. Detta ger möjlighet att undersöka det tidiga embryots genfunktion genom att programmera de pluripotenta stamcellerna i riktning mot embryots externa celler.

På basis av sekvenseringsresultat från embryon har vi identifierat en grupp gener som kan aktiveras för att effektivt kunna programmera pluripotenta stamceller till celler som påminner om embryots trofektoderm. Denna cellmodell möjliggör modellering av differentieringen av de första embryonala cellerna i cellinjer som odlats på skål utan att behöva använda egentliga embryon i forskningen. Med modellens hjälp kan vi också undersöka vilken effekt nya genregleringsfaktorer med okänd funktion i det tidiga embryot har på differentieringen av det tidiga stadiets vävnader.

Syftet med vår forskning är att uppnå en bättre förståelse av de molekylgenetiska mekanismerna i utvecklingen av det tidiga människoembryot. Med hjälp av den cellmodell vi skapat kan vi i framtiden eventuellt också producera bättre modeller för modellering av cellerna i moderkakan. På så sätt kan man främja forskning kring exempelvis de komplikationer som påverkar moderkakans funktion, såsom havandeskapsförgiftning.

 

 

 

 

 

 

FD Jere Weltner disputerade vid Helsingfors universitet 2018. Hans doktorsavhandling handlade om omprogrammering av somatiska celler till pluripotenta stamceller med hjälp av nya metoder. Weltner arbetar i dag som forskare vid Folkhälsans forskningscentrum samt vid Helsingfors universitet.