Copyright: Hubrecht Institute. Hiiragi: Multicellulaire zelforganisatie Terug naar onderzoeksgroep De Hiiragi groep onderzoekt robuustheid in de embryonale ontwikkeling en wil zelforganiserende multicellulaire systemen leren begrijpen. Zelforganisatie is een bepalend kenmerk van levende systemen. Het brengt een complexe wisselwerking met zich mee tussen moleculaire, cellulaire en mechanische signalen. Met behulp van vroege zoogdierembryo’s als model, past de Hiiragi-groep een verscheidenheid aan methoden toe, waaronder genetica, microscopie, biofysica, engineering en modellering. Hiermee onderzoeken ze hoe zelfgeorganiseerde vormen en patronen ontstaan uit een bolvormige massa cellen. Moleculaire heterogeniteit tijdens patroonvorming in de muizen blastocyst. In verschillende cellen zijn de genen Nanog (groen), Gata6 (rood) of Serpinh1 (blauw) actief. Zelforganisatie-principe Zoogdiereieren missen polariteit en symmetrie wordt verbroken tijdens de vroege ontwikkeling van het embryo. Onze studies hebben aangetoond dat morfogenese (het ontstaan van de vorm) en genexpressie (welke genen tot uiting komen) in deze periode erg verschillen tussen embryo’s en cellen (Dietrich et al. 2007 Development; Ohnishi et al. 2014 Nat Cell Biol; Niwayama et al. 2019 Dev Cell). Bepalen hoe vroege embryo’s zich ondanks deze variatie in een reproduceerbare vorm ontwikkelen, blijft een fundamentele vraag in het onderzoeksveld van zoogdierontwikkeling. We hebben een multidisciplinair raamwerk opgezet waarin biologie, natuurkunde en wiskunde zijn geïntegreerd. Hieruit bleek dat feedback-interacties tussen cel- en weefselmechanica (samentrekking, adhesie, geometrie en druk), polariteit en lot op een robuuste manier de grootte en binnen-buitenpatronen van de vroege muis bepalen (Korotkevich et al. 2017 Dev Cell; Maître et al. 2016 Nature; Chan et al. 2019 Nature). We zullen het zelforganisatiemodel integreren met de weefsel-weefsel- en embryo-baarmoeder interacties die we in onze recente studie hebben aangetoond (Ichikawa, Zhang, Panavaite et al. 2022 Dev Cell, Bondarenko et al. 2023 EMBO J). Verminderde corticale spanning in trophectoderm (m-/-Myh9+/-) resulteert in verminderde blastocystgrootte en een hogere verhouding van binnenste celmassa (groen) ten opzichte van trophectoderm (roze) cellen. Controle van embryogrootte Ondanks de variatie die wordt waargenomen tijdens de vorming en groei van embryo’s, wordt de grootte van embryo’s en hun organen bij elke diersoort nauwkeurig gecontroleerd. Het eerder gerapporteerde mechanisme voor de controle van embryogrootte (Chan et al., 2019 Nature) werkt mogelijk alleen wanneer de groei van de vloeistofholte aanzienlijk sneller is dan de weefselgroei, zoals het geval is bij embryo’s in het stadium voorafgaand aan implantatie. Het mechanisme dat ten grondslag ligt aan de uitzonderlijke precisie in de groei van het embryo na implantatie blijft echter onbekend. Met behulp van ons nieuw ontwikkelde ex vivo (buiten het lichaam) kweeksysteem zullen we de dynamische veranderingen in cel- en weefselgroei ontleden (Ichikawa, Zhang, Panavaite et al. 2022 Dev Cell; Bondarenko et al. 2023 EMBO J). We willen begrijpen hoe de grootte van weefsels en embryo’s wordt waargenomen en hoe dit terugvloeit naar het systeem om de groeidynamiek te controleren. Muizenembryo van 4.75 dagen oud Coördinatie in ruimte en tijd Het ontwikkelingsprogramma van embryo’s heeft een ruimtelijk- en een tijdsaspect. Hoewel we de mechanismen van ruimtelijke coördinatie van de ontwikkeling binnen het kader van morfogenese beginnen te begrijpen, is er weinig bekend over hoe de ontwikkelingsvoortgang wordt gecontroleerd over tijd (temporeel). Ook moet de relatie tussen ruimtelijke en temporele programma’s voor de precisie van de ontwikkeling nog worden onderzocht. Aan de ene kant toonde onze recente studie een nieuwe rol aan voor temporele variatie in de voortgang van de celcyclus tijdens de vorming van het embryo (Fabrèges, bioRxiv). Aan de andere kant zou de embryogrootte kunnen worden bijgesteld doordat de ruimtelijke afmetingen van het embryo waargenomen worden en de dynamiek van de celcyclus daarop aangepast kan worden. We zullen de functionele link tussen de ruimtelijke en de temporele controle van de ontwikkeling identificeren in cellen en weefsels (met support van ERC AdG COORDINATION, 2023-2028).
