Riassunto analitico
La migrazione delle cellule staminali nei metazoi è fondamentale sia nei processi fisiologici che patologici. Dunque, è richiesta sia durante i processi associati allo sviluppo embrionale, come la migrazione delle cellule germinali e della cresta neurale durante la gastrulazione, che nei processi attivi nell’adulto, come la rigenerazione tissutale. Nonostante i progressi compiuti nella nostra comprensione del comportamento e delle dinamiche delle cellule staminali embrionali, si hanno a disposizione poche informazioni sulla migrazione post-embrionale delle cellule staminali, poiché la maggior parte dei metazoi ha un numero relativamente ridotto di cellule staminali adulte, le quali sono solitamente ben protette in componenti anatomiche di difficile accesso. La planaria d'acqua dolce Schmidtea mediterranea (Smed) offre l'opportunità di studiare la migrazione post-embrionale delle cellule staminali senza l’impedimento di questi ostacoli. L'adulto di Smed possiede molte cellule staminali pluripotenti sperimentalmente accessibili, note come neoblasti, caratterizzate dall'espressione di piwi-1, un membro della famiglia delle proteine Argonaute. I neoblasti sono le uniche cellule in divisione nella planaria adulta e possono essere uccise selettivamente esponendo gli animali a radiazioni ionizzanti. In precedenza, è stato dimostrato che in risposta ad una lesione, le cellule piwi-1+ possono migrare per partecipare alla rigenerazione tissutale. Dunque, per comprendere meglio il comportamento delle cellule staminali migratorie dell’adulto, abbiamo dapprima irradiato esemplari di planaria in modo da rimuovere tutte le cellule staminali endogene, per poi trapiantarvi delle cellule staminali estratte da planarie non irradiate e selezionate con fluorescence-activated-cell-sorting (FACS). Mediante whole-mount in situ hybridization (WISH) è stata documentata la migrazione delle cellule trapiantate e piwi1+ e, utilizzando la microdissezione laser, le stesse sono state espiantate al fine di analizzarne il proteoma e definire i profili di espressione associati alla migrazione. L’approccio illustrato in questa tesi potrà contribuire a definire quanti e quali sottoinsiemi di cellule staminali sono in grado di rispondere ai segnali di migrazione, e allo stesso tempo aiuterà ad identificare dei target molecolari utilizzabili in studi di funzione in vivo, al fine ultimo di comprendere e descrivere i comportamenti migratori delle cellule staminali pluripotenti adulte in S.mediterranea.
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Abstract
Stem cell migration is required in metazoans for both physiological and pathological processes associated with embryonic development, like germ and neural crest cell migration, and adult processes, like tissue regeneration. Despite progress in our understanding of embryonic stem cell behavior and dynamics, little is known about stem cell migration post-embryonically, as most metazoans have a relatively small number of adult stem cells strictly protected in complex structures that are often difficult to access.
Adult Smed possesses pluripotent stem cells known as neoblasts characterized by the expression of Piwi-1, a member of the Argonaute protein family. Neoblasts are the only dividing cells in the adult planaria and can be perturbed by exposing animals to ionizing radiation. Previously, it has been shown that in response to injury, piwi-1+ cells can migrate directionally and participate in tissue regeneration. To better understand migratory stem cell behavior, we lethally irradiated animals to deplete endogenous stem cells, followed by transplantation of fluorescence-activated-cell-sorting (FACS)-purified neoblast cells from healthy planarians. We performed a time course in which we collected piwi1+ migrating cells using laser capture microscopy, followed by proteomic analysis to define expression profiles associated with migration.
We anticipate our approach will determine whether a specific subset of stem cells responds to migration cues. It will also help identify specific targets for loss-of-function studies to dissect the migratory behaviors of adult pluripotent stem cells in S.mediterranea.
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