De tidligste stadier af livet er måske enklere end hidtil antaget – Københavns Universitet

sund.ku.dk > Nyheder > 2017 > De tidligste stadier a...

13. juli 2017

De tidligste stadier af livet er måske enklere end hidtil antaget

Celler

I de tidligste stadier af livet deler pattedyrceller sig og danner embryonet (fosteret). Ny forskning fra Københavns Universitet viser, at denne proces måske er meget enklere end hidtil antaget. Udviklingen af embryonet handler ganske enkelt om cellens evne til at tælle sine naboceller.

Fire og en halv dag efter befrugtningen består det tidlige pattedyrembryon af ca. 100 celler. På dette tidspunkt danner cellerne en struktur, der består af et væskefyldt hulrum og tre forskellige celletyper. De gule celler bliver til moderkagen, de røde celler bliver til blommesækken, mens de grønne celler bliver til selve embryonet.

Noget af det, der gør mennesker og andre pattedyr unikke inden for dyreverdenen, er vores cellers evne til at huske, hvordan de danner et embryon. Udviklingen er den proces, hvor en enkelt celle (et befrugtet æg) bliver til en kompleks krop med hoved, hale, arme og ben. Pattedyrceller kan starte denne proces tilsyneladende uden udefrakommende information om, hvad der er op og ned. Endnu mere bemærkelsesværdigt er det, at de enkelte pattedyrceller efter at have truffet bestemte valg og udviklet sig til særlige celletyper kan gå tilbage og i realiteten gøre det samme én gang til helt fra bunden. Det store spørgsmål er så, hvordan cellerne ved, hvad de skal gøre. Forskere fra Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet og Niels Bohr Instituttet på Københavns Universitet har offentliggjort en undersøgelse, der tyder på, at livet på embryonstadiet er enklere end hidtil antaget.

"Celler er betydeligt mere intelligente, end vi hidtil har troet. Vi har påvist, at de kan danne et embryon ud fra fire enkle beslutninger. Den vigtigste af disse er, at de tæller deres naboceller. Det lyder næsten for enkelt til at være sandt, men ved at tælle nabocellerne kan cellerne afgøre, om de er placeret uden på eller inde i cellegruppen. Nå de har truffet deres beslutning, justerer de deres egenskaber, udvikler sig i en bestemt retning og begynder at danne et embryon," siger professor Josh Brickman fra Det Danske Stamcellecenter (DanStem).

Forskerne har lavet en computersimuleret model for celleadfærd. Idéen var at identificere, hvilke krav cellerne som minimum skal opfylde for at udvikle sig til et embryon. Forskerne kogte det ned til fire regler eller beslutninger, som cellerne skal træffe på baggrund af deres naboceller: vælge polaritet, afgøre, hvor de stammer fra, ændre vedhæftning eller dø. Forskerne testede derefter modellen på museceller. Resultaterne viste, at den computersimulerede model kunne forudse cellernes adfærd nøjagtigt.

Udvikling og evolution
Spørgsmålet om, hvordan celler er i stand til at danne et mønster og udvikle sig til et embryon, har været genstand for diskussion i årevis. Én teori er, at der findes uidentificeret information fra moren på den ene side af ægget, som forsyner cellerne med en form for "kort". En anden teori er, at masterkontrolgener varierer vilkårligt, indtil de finder den rigtige kombination. Forskerne siger i bund og grund nu, at disse forklaringer er unødvendige, og at de tidligste stadier af et pattedyrs liv er meget enklere end hidtil antaget.

Resultaterne giver også en bedre forståelse af, hvordan evolution i det hele taget er mulig. For at evolutionen kan foregå, skal de gener, der styrer udviklingen, kunne ændre sig ganske betydeligt. Det er dog vanskeligt at forestille sig, hvordan masterkontrolgenerne kan ændre sig så drastisk uden at lave rod i det hele.

"Vi har påvist, at cellerne udvikler sig ved at følge fire simple regler. De har blot brug for lidt information fra genomet, for at evolutionen kan lege ubegrænset med generne. Det sikrer dybest set, at udviklingen altid fungerer, men giver evolutionen plads til at lege med genomet. Op netop dette er grundlaget for de forskellige pattedyrarters mangfoldighed," siger Silas Boye Nissen, ph.d.-studerende fra Niels Bohr Institutet.

Artiklen "Four simple rules that are sufficient to generate the mammalian blastocyst" (Fire enkle regler, der er tilstrækkelige til at generere pattedyrblastocysten) er et resultat af StemPhys – et nyt tværfagligt initiativ mellem SUND og Niels Bohr Institutet, som er finansieret af Danmarks Grundforskningsfond. Artiklen er offentliggjort i tidsskriftet PLoS Biology.

Kontakt:
Professor Josh Brickman
E-mail: Joshua.brickman@sund.ku.dk
Telefon: +45 20340750