Μελέτη του ρόλου του μορίου της Geminin στον πολλαπλασιασμό, μετανάστευση και διαφοροποίηση πολυδύναμων κυττάρων της νευρικής ακρολοφίας σε γενετικά τροποποιημένους μύες
Authors: Σταθοπούλου Αθανασία 
Published: August 2021

Τα κύτταρα της νευρικής ακρολοφίας είναι ένας πολυδύναμος πληθυσμός βλαστικών κυττάρων που δημιουργείται στη ραχιαία πλευρά του νευρικού σωλήνα των σπονδυλωτών κατά τη διάρκεια της νευριδίωσης. Μετά τη δημιουργία τους, τα κύτταρα της νευρικής ακρολοφίας μεταναστεύουν σε ολόκληρο το έμβρυο, ακολουθώντας συγκεκριμένα μονοπάτια, συνεισφέροντας στη δημιουργία μιας μεγάλης ποικιλίας δομών, όπως νευρικά και γλοιακά κύτταρα του περιφερικού νευρικού συστήματος (ΠΝΣ), μελανοκύτταρα, δομές που συμβάλλουν στο σκελετό του κρανίου και του προσώπου κλπ. Η δημιουργία, η αυτο- ανανέωση και η διαφοροποίηση των κυττάρων της νευρικής ακρολοφίας απαιτούν το συντονισμό των διεργασιών του κυτταρικού πολλαπλασιασμού και της κυτταρικής διαφοροποίησης. Η αδυναμία συντονισμού των παραπάνω διαδικασιών οδηγεί στην εμφάνιση ασθενειών στον άνθρωπο (neurocristopathies). Η Geminin είναι ένα μόριο που έχει την ικανότητα να ρυθμίζει την πρόοδο του κυτταρικού κύκλου, αλληλεπιδρώντας με τον παράγοντα αδειοδότησης της αντιγραφής Cdt1, και τη διαφοροποίηση, μέσω της αλληλεπίδρασής της με μεταγραφικούς παράγοντες και πρωτεΐνες αναδιαμόρφωσης της χρωματίνης. Προηγούμενες μελέτες του εργαστηρίου μας έχουν αναδείξει τη Geminin ως ένα σημαντικό ρυθμιστή των διαδικασιών της αυτο-ανανέωσης και διαφοροποίησης στα πρόδρομα νευρικά κύτταρα στον αναπτυσσόμενο φλοιό. Προκειμένου να κατανοήσουμε τους μηχανισμούς που ελέγχουν την αυτο-ανανέωση και τη διαφοροποίηση των πολυδύναμων κυττάρων της νευρικής ακρολοφίας και να κατανοήσουμε το μοριακό μηχανισμό ασθενειών στον άνθρωπο που σχετίζονται με την απορρύθμιση του ελέγχου της ικανότητας αυτο-ανανέωσης και διαφοροποίησης των πολυδύναμων κυττάρων της νευρικής ακρολοφίας μελετήσαμε το ρόλο της Geminin στη δημιουργία, την αυτο-ανανέωση, τον καθορισμό και τη διαφοροποίηση των κυττάρων της νευρικής ακρολοφίας. Προς αυτή την κατεύθυνση πραγματοποιήθηκαν τόσο in vivo όσο και in vitro πειράματα, χρησιμοποιώντας ζωικά μοντέλα τα οποία δημιουργήθηκαν από το εργαστήριο μας και στα οποία το γονίδιο της Geminin είχε αδρανοποιηθεί ειδικά στα κύτταρα της νευρικής ακρολοφίας. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι η απουσία της Geminin οδηγεί στη δημιουργία εμβρύων με σοβαρές μορφολογικές αλλοιώσεις, που κατά τα πρώιμα αναπτυξιακά στάδια χαρακτηρίζονται από την απουσία της δομής του μεσεγκεφάλου και των βραγχιακών τόξων και σε μεταγενέστερα αναπτυξιακά στάδια εμφανίζουν σοβαρή κρανιοπροσωπική δυσμορφία, με κατάληξη το θάνατο των εμβρύων, λίγες ημέρες πριν γεννηθούν. Επιπλέον, κατά τα πρώιμα αναπτυξιακά στάδια παρατηρήθηκαν σοβαρές αλλοιώσεις σε δομές που προέρχονται από τη νευρική ακρολοφία, όπως είναι τα κρανιακά και τα ραχιαία γάγγλια, οι γναθικές προεκβολές και τα πρόδρομα κύτταρα του εντερικού νευρικού συστήματος. Η μείωση του πληθυσμού των πρόδρομων κυττάρων του εντερικού νευρικού συστήματος (ΕΝΣ) οδήγησε στη δημιουργία ενός αγαγγλιονικού εντέρου, το οποίο παρομοιάζει με το φαινότυπο του ΕΝΣ στη νόσο Hirschsprung στον άνθρωπο. Η ιστοειδική αδρανοποίηση της Geminin οδήγησε στη μείωση των αδιαφοροποίητων κυττάρων νευρικής ακρολοφίας που δημιουργούνται στην αυχενική περιοχή του νευρικού σωλήνα και στην είσοδο μικρότερου αριθμού κυττάρων νευρικής ακρολοφίας στον γαστρεντερικό σωλήνα κατά τα πρώτα στάδια του αποικισμού του. Μελέτη των εντερικών κυττάρων νευρικής ακρολοφίας έδειξε ότι η αποσιώπηση της Geminin προκάλεσε την αύξηση της απόπτωσης κατά τις ηλικίες Ε9.5 και Ε10.5 και τη μείωση του κυτταρικού πολλαπλασιασμού τους κατά την ηλικία Ε9.5. Σε συνδυασμό με τη μειωμένη ικανότητα που δείχνουν τα πρόδρομα εντερικά κύτταρα να αυτο-ανανεώνονται, τα αποτελέσματά μας προτείνουν ότι η Geminin έχει σημαντικό ρόλο στην αυτο-ανανέωση και την επιβίωση των πρόδρομων κυττάρων του ΕΝΣ. Επιπλέον, η απουσία της Geminin οδηγεί στη μείωση των κυττάρων που έχουν καθορισμένη μοίρα και εκφράζουν τους δείκτες των πρόδρομων εντερικών κυττάρων Phox2b, Ret και Mash1, ενώ τα κύτταρα αυτά απουσία της Geminin παρουσιάζουν μειωμένη παραγωγή νευρικών κυττάρων, κατά την έναρξη της νευρωνικής διαφοροποίησης. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματά μας αναδεικνύουν τη Geminin ως ένα σημαντικό μόριο κατά τη δημιουργία των πολυδύναμων κυττάρων της νευρικής ακρολοφίας. Επίσης η Geminin είναι απαραίτητη για τη δημιουργία των κυττάρων της νευρικής ακρολοφίας που αποικίζουν το γαστρεντερικό σωλήνα, ενώ ρυθμίζει την επιβίωση και την αυτο-ανανέωσή τους, καθώς και τη μετάβασή τους από την αρχικά αδιαφοροποίητη/πολυδύναμη κατάσταση στην εντερική αναπτυξιακή μοίρα. Επιπλέον η απουσία της Geminin δημιουργεί μύες οι οποίοι μιμούνται τη νόσο του Hirschsprung και αποτελούν ένα σημαντικό ζωικό μοντέλο για τη μελέτη των μηχανισμών της μοριακή παθογένειας της νόσου αλλά και στην εύρεση νέων θεραπειών.