Early trophoblast patterning and differentiation during mammalian development : in vivo, ex vivo and stem cell studies

Abstract

Ο σκοπός αυτής της εργασίας ήταν η καλύτερη κατανόηση της πρώιμης ανάπτυξης της τροφοβλάστης (η τροφοβλάστη είναι μια ομάδα κυτταρικών τύπων που προέρχεται από το πολικό τροφεκτόδερμα και από την οποία αποτελείται εξολοκλήρου ο πλακούντας όταν αρχίσει ο σχηματισμός του), μια κλινικά σημαντική αλλά ασθενώς κατανοητή διαδικασία της ανάπτυξης των θηλαστικών. Η εργασία συμπεριέλαβε την χρήση πρώιμων εμβρύων ποντικού in vivo, καλλιέργεια τροφοβλαστικών έκφυτων και κυημάτων ποντικού υπό διάφορες συνθήκες ex vivo, καθώς επίσης και την χρήση βλαστοκυττάρων τροφοβλάστης ποντικού (καθιερωμένα πολυδύναμα κύτταρα με απεριόριστο δυναμικό αυτο-ανανέωσης και τα οποία μπορούν να διαφοροποιηθούν σε οποιοδήποτε τροφοβλαστικό κυτταρικό τύπο) για την μελέτη αγνώστων πτυχών των πρωιμότερων γεγονότων προτυποποίησης στην τροφοβλάστη που συμβαίνουν στα αρχικά στάδια σχηματισμού του πλακούντα. Τα ευρήματα αυτής της εργασίας διαχωρίζονται σε τρεις τομείς: 1) ταυτοποίηση του ορίου μεταξύ των πρωιμότερων τμημάτων της τροφοβλάστης, του εξωεμβρυικού εκτοδέρματος (Εξ.Ε.) και του εκτοπλακουντικού κώνου (Εκ.Κ.) καθώς επίσης και εύρεση προτύπων γονιδιακής έκφρασης που υπακούουν σε αυτό το όριο. Τα ευρήματα αυτά αποτελούν προαπαιτούμενο για την κατανόηση της πρώιμης προτυποποίησης στην τροφοβλάστη. 2) πρώτο, το Εξ.Ε. μπορεί να υποδιαιρεθεί σε τρεις διακριτές περιοχές (απώτερη, ενδιάμεση και εγγύτερη) με τον χαρακτήρα της απώτερης περιοχής να διατηρείται στην παρουσία των σηματοδοτικών μονοπατιών Fgf και Activin ή να διαφοροποιείται προς Εκ.Κ. στην απουσία τους. Δεύτερο, η εγγύτερη περιοχή του Εξ.Ε. σχηματίζεται από την απώτερη διαμέσου της ενδιάμεσης στην παρουσία Activin. 3) Δημιουργήθηκαν διαγονιδιακά βλαστοκύτταρα τροφοβλάστης που εκφράζουν πυρηνικά εντοπισμένη πράσινη φθορίζουσα πρωτεϊνη τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την ταυτοποίηση νέων συσχετισμών μεταξύ της μορφολογίας ζωντανών βλαστοκυττάρων και αλλαγών στο πυρηνικό μέγεθος και στο ποσό της χρωματίνης που συμβαίνουν κατά την διαφοροποίηση. Συνεκτικά, τα ευρήματα αυτής της εργασίας αναμένεται να οδηγήσουν στην πληρέστερη κατανόηση της πρώιμης προτυποποίησης της τροφοβλάστης in vivo και να παράσχουν ένα χρήσιμο εργαλείο για την διερεύνηση της κυτταρικής συμπεριφοράς σε ζωντανά βλαστοκύτταρα τροφοβλάστης.

The aim of this work was to better understand the early development of placental trophoblast (group of cell types derived from polar trophectoderm that constitute the entire placenta when it begins to form), a clinically important and poorly understood process of mammalian development. It involved the use of early mouse conceptuses in vivo, culture of trophoblast explants and conceptuses under various conditions ex vivo and trophoblast stem cells (TS cells; established multipotent stem cells with indefinite self-renewal that can specifically differentiate into all trophoblast cell types) to investigate unknown aspects of the earliest trophoblast patterning events during the initial stages of placenta formation. The novel findings of this work can be divided into three sections and include the following. (1) Identification of the boundary between the earliest trophoblast compartments, the extraembryonic ectoderm (ExE) and the ectoplacental cone (EPC), as well as gene expression patterns that respect this boundary. These findings are a prerequisite to understanding early trophoblast patterning. (2) First, ExE can be subdivided into at least three distinct regions (distal, intermediate and proximal), with distal ExE character being maintained by FGF/Activin signaling and differentiating into EPC in its absence. Second, proximal ExE forms from distal ExE via intermediate ExE in the presence of Activin signaling. (3) Novel transgenic TS cells that express green fluorescent protein (GFP) specifically in their nuclei were generated and used here to identify novel correlations between live TS cell morphologies and changes in their nuclear size and chromatin content during TS cell differentiation. Collectively, the findings of this work are expected the lead to a better understanding of early trophoblast patterning in vivo and provide a useful tool for investigating cell behavior in live TS cells.