Als een parelsnoer, de wervelkolom is gemaakt van een reeks soortgelijke wervels. Een zogenaamde segmentatieklok creëert deze repetitieve rangschikking in zich ontwikkelende embryo's:elke keer dat de klok tikt, een wervel begint te vormen.

In een paper gepubliceerd op 21 september in Cel , Olivier Pourquié, professor genetica aan de Harvard Medical School - wiens lab de segmentatieklok 20 jaar geleden ontdekte - en collega's melden dat ze muiscellen hebben gebruikt om voor het eerst een stabiele versie van dit uurwerk in een petrischaaltje te reconstrueren. wat leidt tot verschillende nieuwe ontdekkingen over waar de klok zich bevindt, waardoor het tikt en hoe de wervelkolom vorm krijgt.

De inzichten van het team verlichten niet alleen de normale ontwikkeling van gewervelde dieren, maar kunnen ook leiden tot een beter begrip van menselijke spinale defecten zoals scoliose, zei Pourquié, die ook de Harvard Medical School Frank Burr Mallory Professor of Pathology is in Brigham and Women's Hospital en een van de belangrijkste faculteitsleden van het Harvard Stem Cell Institute.

De onderzoekers ontdekten dat de segmentatieklok stil ligt in individuele embryonale cellen die aanleiding geven tot de wervels, klikt dan allemaal tegelijk op, collectief, wanneer de cellen een kritische massa bereiken.

De onderzoekers ontdekten verder dat de klok wordt aangestuurd door twee signalen, Inkeping en Yap, die door deze cellen worden verzonden en ontvangen.

Op zichzelf, ze vonden, Notch begint de klok te tikken door cellulaire oscillaties te activeren die instructies vrijgeven om structuren te bouwen die uiteindelijk wervels zullen worden. Maar Notch is niet het enige signaal in de stad.

Het blijkt dat de Yap-chatter van de cellen de hoeveelheid Notch bepaalt die nodig is om de segmentatieklok te activeren. Als Yap erg laag is, dan loopt de klok vanzelf. Als Yap-niveaus "gemiddeld, " zei Pourquié, dan is Notch nodig om de klok te starten. En als de Yap-niveaus hoog zijn, zelfs veel Notch zal de klok niet overtuigen om te tikken. Wetenschappers noemen dit een prikkelbaarheidsdrempel.

"Als je het systeem een ​​beetje stimuleert, niks gebeurt. Maar als je het wat meer stimuleert en de drempel overgaat, dan heeft het systeem een ​​zeer sterke respons, " legde Pourquié uit.

De onderzoekers theoretiseren dat de segmentatieklok werkt zoals andere prikkelbare biologische systemen die aan bepaalde drempels moeten voldoen voordat ze een actie starten, zoals het vuren van neuronen en calciumgolven die door hartcellen reizen.

"Er zijn waarschijnlijk overeenkomsten in de onderliggende circuits, ' zei Pourquié.

De onderzoekers waren verrast toen ze ontdekten dat ze de segmentatieklok op verschillende manieren konden stoppen en herstarten:fysiek, door de cellen te scheiden en opnieuw te aggregeren, en chemisch, met een Yap-blokkerend medicijn.

"Voor vele jaren, we hebben geprobeerd het uurwerk te begrijpen dat ten grondslag ligt aan deze oscillaties, " zei Pourquié. "Nu hebben we een geweldig theoretisch kader om te begrijpen waardoor ze worden gegenereerd en om ons te helpen meer hypothesen te maken en te testen."