Istraživači sa Univerziteta Jejl otkrili su da metabolizam glukoze igra ključnu ulogu u vođenju ranog razvoja mišjih embriona, otkrivajući da specifični metabolički putevi regulišu esencijalnu ćelijsku signalizaciju tokom ključnih faza embriogeneze.
Studija, „Selektivno korišćenje metabolizma glukoze vodi gastrulaciju sisara“, objavljena u časopisu Nature, identifikuje dva različita talasa korišćenja glukoze tokom gastrulacije miša.
Prvi talas kanališe glukozu kroz biosintetički put heksozamina (HBP) u ćelijama epiblasta, olakšavajući formiranje proteoglikana za signalizaciju faktora rasta fibroblasta (FGF). Ova signalizacija je ključna za diferencijaciju ćelija i produženje primitivnog niza. Ova struktura na kraju formira neuralnu ploču, postajući osnova za kičmenu moždinu i nervni sistem.
Drugi talas usmerava glukozu kroz glikolizu, obezbeđujući energiju i metabolite neophodne za migraciju mezodermalnih ćelija i bočnu ekspanziju.
Tim je mapirao prostorne i vremenske obrasce uzimanja glukoze koristeći snimanje u jednoj ćelijskoj rezoluciji embriona miša u razvoju, modela matičnih ćelija i tkiva iz embriona.
Otkrili su da se početni talas metabolizma glukoze javlja u ćelijama zadnjeg epiblasta i širi se napred kako razvoj napreduje. Sledeći talas glikolize podržava pomeranje mezodermalnih ćelija dalje od primitivne linije, promovišući bočnu ekspanziju.
Da bi testirao sigurnost uključenosti u puteve, tim je inhibirao metabolizam glukoze putem hemijskih blokatora, eksperimentalno potvrđujući poremećaj formiranja primitivnih pruga i specifikacije mezoderma.
Konkretno ciljanje na HBP je poremetilo razvoj primitivnog niza dok je inhibirao glikolizu u kasnoj fazi sa pogođenom migracijom mezodermalnih ćelija bez ometanja početne odluke o sudbini ćelija.
Studija takođe pokazuje da metabolizam glukoze utiče na signalne puteve kinaze regulisane ekstracelularnim signalom (ERK), smatrajući ih ključnim za diferencijaciju ćelija i kretanje tokom gastrulacije. Inhibicija metabolizma glukoze dovela je do smanjene aktivnosti ERK, dok je suplementacija sa N-acetilglukozaminom, proizvodom HBP, obnovila ERK signalizaciju i spasila razvojne defekte.
Dalja analiza korišćenjem modela embriona zasnovanih na matičnim ćelijama i eksplantata mezoderme potvrdila je da je HBP neophodan za prelaze sudbine epiblastnih ćelija i da glikoliza podržava migratorno ponašanje mezodermalnih ćelija.
Sekvenciranje RNK tretiranih eksplantata mezoderme otkrilo je smanjenje regulacije puteva uključenih u migraciju ćelija i interakcije ekstracelularnog matriksa kada je glikoliza ili ERK signalizacija inhibirana.
Nalazi ističu da je metabolizam glukoze, u koordinaciji sa genetskim i signalnim mehanizmima, sastavni deo uspešnog uzorkovanja i morfogeneze embriona u razvoju. Ovo istraživanje dovodi u pitanje tradicionalni pogled na ćelijski metabolizam kao samo pozadinsku ćelijsku funkciju, pozicionirajući ga kao aktivnog direktora embrionalnog razvoja.
