Populärvetenskaplig presentation

DNA-reglering av cellernas identitet under utvecklingen av det muskuloskeletala systemet

Vad avgör cellens öde under embryoutvecklingen?

Regulatoriska DNA sekvenser styr vilka gener blir kopierade till RNA. Och när RNA-molekyler skapas, används de som mall för att bygga proteiner. Proteiner i sin tur kan styra cellens differentiering mot en specifik celltyp, som till exempel muskelcell eller nervcell. Ryggradsdjur inklusive människan har skelett som består av brosk, ben och muskler som bildas under den embryonala utvecklingen. Stabilitet och funktionalitet av det muskuloskeletala systemet är beroende av leder, senor och ligament.

Tidigare studier av det kraniala muskuloskeletala systemet har fokuserat framförallt på ben och muskler medan de lika viktiga senorna och ligament har fått minst uppmärksamhet. Framförallt beror det på avsaknad av specifika markörer för bindväv i huvudet och modeller som tillåter att studera alla komponenter av det muskuloskeletala systemet samtidigt. I vårt projekt identifierar vi tidiga markörer för olika muskuloskeletala strukturer genom att identifiera nya regulatoriska element av gener uttryckta i leder, muskelsenor och ligament, och sedan testa dem i modellorganismer som zebrafisk. Vårt mål är att finna hittills okända regulatoriska element som reglerar unika uttrycksmönster och följa deras roll under utvecklingen av kroppens muskuloskeletala system. Förståelsen av detta kan ge oss nya insikter i processer som förklarar ryggradsdjurens transformation under evolutionen och dessutom ge möjliga strategier till inducering av läknings- och regenereringsprocesser i leder, muskelsenor och ligament.

Cellernas 3D morfologi i normalt utvecklat skelett och i sjukdomsmodeller hos zebrafisk

3D-bilder på zebrafisk

Med hjälp av revolutionerande kontrast synkrotronröntgenmikrotomografi studerar vi tredimensionell (3D) morfologi och histologi av brosk och andra skelettvävnader ner till enskilda celler. Genom att använda Gensax CRISPR/Ca9 tekniken genererar vi sjukdomsmodeller för sällsynta skelettdisplasier i zebrafisk och jämför cell organiseringen i 3D mellan sjukdomsmodell och normal utveckling. Vi applicerar också maskininlärning för att analysera cellerna i stora bilddataset.

Molekylerna bakom mångfalden av mineraliserade vävnader hos ryggradsdjur

Mineraliserade vävnader såsom dentin och emalj är avgörande för funktionen av tänder och dermala odontoder hos ryggradsdjur. Odontoder bildas alltid i kontaktytan mellan epitel och mesenkym. Mesenkymet differentieras till odontoblaster som deponerar dentinmatrix, medan epitelet differentieras till ameloblaster som deponerar emaljmatrix. Under mineraliseringsprocessen bryts samtliga matrixproteiner ned och istället bildas kristaller av hydroxyapatit.

Tetrapoder och lobfeniga fiskar har tänder av dentin och emalj, men dessa är bara två av en mycket större diversitet av mineraliserade odontodvävnader som finns eller har funnits bland ryggradsdjur. Strålfeniga fiskar har till exempel ganoin på fjäll och akrodin på tänder, medan broskfiskar har enameloid istället för emalj på tänder, fjäll och fentaggar. Det saknas kunskap om vilka proteiner som bildar matrix för dessa olika vävnader och på vilket sätt de utvecklas, och detta begränsar i sin tur våra möjligheter att förstå hårdvävnadernas evolution. Vi studerar evolution av gener för matrix proteiner i olika mineraliserade vävnader genom att jämföra dessa gener mellan olika ryggradsdjur. Vi identifierar vävnader som uttrycker dessa gener och mäter deras uttrycksnivåer. 

Vår studie kan förklara vilka molekyler som ligger bakom mångfalden av mineraliserade vävnader i olika grupper av fiskar och kommer ge förståelse för bildningen av olika mineraliserade vävnader hos flera basala grupper av ryggradsdjur.

Senast uppdaterad: 2023-10-27