You are here

    • You are here:
    • Home > Earliest signs of an immune response found in developing embryos

Earliest signs of an immune response found in developing embryos

NewsNEWS

10
Feb
Wed, 10/02/2021 - 17:01

Earliest signs of an immune response found in developing embryos

An endogenous error in cell division in live zebrafish embryo. Credit: Esteban Hoijman

EN CASTELLANO/EN CATALÀ 

Researchers at the Centre for Genomic Regulation (CRG) reveal that newly formed embryos clear dying cells to maximise their chances of survival. It is the earliest display of an innate immune response found in vertebrate animals to date.

The findings, which are published today in the journal Nature, may aid future efforts to understand why some embryos fail to form in the earliest stages of development, and lead to new clinical efforts in treating infertility or early miscarriages.

An embryo is fragile in the first hours after its formation. Rapid cell division and environmental stress make them prone to cellular errors, which in turn cause the sporadic death of embryonic stem cells. This is assumed to be one of the major causes of embryonic developmental failure before implantation.

Living organisms can remove cellular errors using immune cells which are dedicated to carry out this function, but a newly-formed embryo cannot create these specialised cells. To find out whether embryos can remove dying cells before the formation of an immune system, the researchers used high resolution time-lapse imaging technology to monitor zebrafish and mouse embryos, two established scientific models used to study vertebrate development.

They found that epithelial cells – which collectively form the first tissue on the surface of an embryo – can recognise, ingest and destroy defective cells. It is the first time this biological process, known as epithelial phagocytosis, has been shown to clear cellular errors in newly formed vertebrate embryos.

“Long before the formation of the organs, one of the first tasks performed by a developing embryo is to create a protective tissue,” says Dr. Esteban Hoijman, first and co-corresponding author of the paper.

According to Dr. Hoijman, epithelial phagocytosis was a surprisingly efficient process thanks to the presence of arm-like protrusions on the surface of epithelial cells.

“The cells cooperate mechanically; like people distributing food around the dining table before tucking into their meal, we found that epithelial cells push defective cells towards other epithelial cells, speeding up the removal of dying cells,” he adds.

“Here we propose a new evolutionarily conserved function for epithelia as efficient scavengers of dying cells in the earliest stages of vertebrate embryogenesis,” says Dr. Verena Ruprecht, group Leader in the Cell & Developmental Biology program at the CRG and senior author of the paper. “Our work may have important clinical applications by one day leading to improved screening methods and embryo quality assessment standards used in fertility clinics.”

According to the authors, the discovery that embryos exhibit an immune response earlier than previously thought warrants further exploration on the role of mechanical cooperation as a physiological tissue function, which remains poorly understood, in other important biological processes such as homeostasis and tissue inflammation.

The study is published today in the journal Nature. The team was led by the CRG in Barcelona in collaboration with the Pompeu Fabra University (UPF) and the Institute of Photonic Sciences (ICFO), as well as the University Paris-Diderot.

EN CASTELLANO

Encuentran las primeras funciones inmunes que aparecen en el embrión

Un equipo científico del Centro de Regulación Genómica (CRG) ha descubierto que los embriones recién formados maximizan sus posibilidades de supervivencia eliminando las células defectuosas. Es la respuesta inmune innata más temprana encontrada en los animales vertebrados hasta la fecha.

Los hallazgos, que se publican hoy en la revista Nature, pueden ayudar a comprender por qué algunos embriones no son viables en las primeras etapas de su desarrollo e impulsar nuevos estudios clínicos para tratar la infertilidad o los abortos espontáneos.

Un embrión es frágil en las primeras horas después de su formación. La rápida división celular y el estrés ambiental los hacen propensos a la acumulación de errores celulares, que a su vez provocan la muerte esporádica de las células madre embrionarias. Se supone que esta es una de las principales causas de problemas del desarrollo de un embrión antes de que este pueda implantarse.

Los organismos vivos pueden eliminar células erróneas usando células inmunes que llevan a cabo esta función. Sin embargo, un embrión recién formado todavía no es capaz de crear estas células especializadas. Para averiguar si los embriones pueden eliminar las células que mueren en ausencia de un sistema inmunológico, el equipo científico utilizó microscopía de alta resolución para filmar embriones de pez cebra y ratón, dos modelos científicos establecidos que se utilizan para estudiar el desarrollo de vertebrados.

Descubrieron que las células epiteliales, que colectivamente forman el primer tejido en la superficie de un embrión, pueden reconocer, ingerir y destruir las células defectuosas. Es la primera vez que se ha demostrado que este proceso biológico, conocido como fagocitosis epitelial, elimina errores celulares en los embriones recién formados.

“Mucho antes de que se formen sus órganos, una de las primeras tareas que realiza un embrión en desarrollo es crear un tejido protector”, afirma el Dr. Esteban Hoijman, investigador y coautor del estudio.

Según el Dr. Hoijman, la fagocitosis epitelial es un proceso sorprendentemente eficiente gracias a la presencia de protrusiones en forma de brazos en la superficie de las células epiteliales.

“Las células cooperan mecánicamente; al igual que las personas que distribuyen comida alrededor de la mesa del comedor antes de cenar, descubrimos que las células epiteliales empujan a las células defectuosas hacia otras células epiteliales, lo que acelera su eliminación.”

"Nuestro estudio propone una nueva función para las células epiteliales en las primeras etapas de la embriogénesis, que se ha conservado evolutivamente en los vertebrados: actúan como carroñeras para eliminar las células muertas,” afirma la Dra. Verena Ruprecht, jefa de grupo en el programa de Biología Celular y del Desarrollo del CRG y autora principal del artículo. "Nuestro trabajo puede tener importantes aplicaciones clínicas en el futuro, por ejemplo, a través del desarrollo de nuevos métodos para evaluar la calidad de los embriones en la medicina reproductiva.”

Según los autores, el descubrimiento que indica que los embriones exhiben una respuesta inmune antes de lo que se pensaba anteriormente, motiva una exploración más profunda del papel de la cooperación mecánica como función fisiológica en los tejidos, la cúal aún no se comprende bien, y que podría ser de gran importancia en otros procesos biológicos como la homeostasis y la inflamación tisular.

El estudio se publica hoy en la revista Nature. El equipo estuvo liderado por el CRG, en Barcelona, en colaboración con la Universidad Pompeu Fabra (UPF) y el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO), así como la Universidad Paris-Diderot.

EN CATALÀ

Troben els primers signes d’una resposta immune en l’embrió

Un equip científic del Centre de Regulació Genòmica (CRG) ha descobert que els embrions acabats de formar maximitzen les seves possibilitats de supervivència eliminant cèl·lules defectuoses. És la resposta immune innata més primerenca trobada en els animals vertebrats fins a l’actualitat.

Les troballes, que es publiquen avui a la revista Nature, poden contribuir a comprendre per què alguns embrions no són viables en les primeres etapes del seu desenvolupament i impulsar nous estudis clínics per a tractar la infertilitat o els avortaments espontanis.

Un embrió és fràgil en les primeres hores després de la seva formació. La ràpida divisió cel·lular i l’estrès ambiental els fan propensos a l’acumulació d’errors cel·lulars, que alhora provoquen la mort esporàdica de les cèl·lules mare embrionàries. Se suposa que aquesta és una de les principals causes del fracàs del desenvolupament d’un embrió abans que aquest pugui implantar-se.

Els organismes vius poden eliminar cèl·lules errònies emprant cèl·lules immunes que es dediquen a desenvolupar aquesta funció. Tanmateix, un embrió acabat de formar no pot crear aquestes cèl·lules especialitzades. Per a esbrinar si els embrions poden eliminar les cèl·lules moribundes en absència d’un sistema immunològic, va utilitzar microscòpia d'alta resolució per filmar embrions de peix zebra i ratolí, dos models científics establerts que s’usen per a estudiar el desenvolupament dels vertebrats.

Descobriren que les cèl·lules epitelials, que col·lectivament formen el primer teixit a la superfície d’un embrió, poden reconèixer, ingerir i destruir les cèl·lules defectuoses. És el primer cop que s’ha demostrat que aquest procés biològic, conegut com a fagocitosi epitelial, elimina errors cel·lulars en els embrions acabats de formar.

“Molt abans que es formin els seus òrgans, una de les primeres tasques que realitza un embrió en desenvolupament és crear un teixit protector”, afirma el Dr. Esteban Hoijman, investigador i coautor de l’estudi.

Segons el Dr. Hoijman, la fagocitosi epitelial és un procés sorprenentment eficient gràcies a la presència de protrusions en forma de braços a la superfície de les cèl·lules epitelials.

“Les cèl·lules cooperen mecànicament; igual que les persones que distribueixen el menjar al voltant de la taula del menjador abans de sopar, descobrim que les cèl·lules epitelials empenyen les cèl·lules defectuoses cap a d’altres cèl·lules epitelials, fet que accelera la seva eliminació.”

“El nostre estudi proposa una nova funció per a les cèl·lules epitelials en les primeres etapes de l’embriogènesi ,que s’ha conservat evolutivament en els vertebrats: actuen com a carronyeres per a eliminar les cèl·lules defectuoses,”  afirma la Dra. Verena Ruprecht, cap de grup del programa de recerca de Biologia Cel·lular i del Desenvolupament del CRG i autora principal de l’article. “La nostra feina pot tenir importants aplicacions clíniques en el futur, per exemple, a través del desenvolupament de nous mètodes per a avaluar la qualitat dels embrions en la medicina reproductiva.”

Segons els autors, el descobriment que indica que els embrions exhibeixen una resposta immune abans del que es pensava anteriorment, motiva una exploració més profunda del paper de la cooperació mecànica com a funció fisiològica en els teixits, la qual encara no es comprèn bé, i que podria ser important en d’altres processos biològics, com l’homeòstasi i la inflamació tissular.

L’estudi es publica avui a la revista Nature. L’equip ha estat liderat pel CRG, a Barcelona, en col·laboració amb la Universitat Pompeu Fabra (UPF) i l’Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), així com la Universitat Paris-Diderot.