Stammzellen werden häufig durch spezialisierte Mikroumgebungen, sogenannte Nischen, unterstützt, die ihre Potenz und ihr Verhalten regulieren. Die Entstehung dieser Nischen beinhaltet ein komplexes Zusammenspiel zwischen biochemischen Signalen und mechanischen Reizen. Im Trophoblasten des präimplantativen Maus-Embryos, dem Gewebe, das für die Embryoimplantation und die Plazentabildung verantwortlich ist, müssen sich Trophektodermzellen entweder differenzieren oder einen stammzellähnlichen Zustand beibehalten. Insbesondere ist die Erhaltung einer undifferenzierten Population im polaren Trophektoderm, der Region, die mit dem Epiblasten in Kontakt steht, von entscheidender Bedeutung. Das Versagen, diesen Vorläuferpool aufrechtzuerhalten, kann die Implantation beeinträchtigen und zu einem Schwangerschaftsverlust führen. Diese Arbeit untersucht, wie biochemische und mechanische Signale zusammenwirken, um die polare Trophektoderm-Nische zu etablieren und zu erhalten. Während die frühe Trophektoderm-Differenzierung hauptsächlich durch verschiedene biochemische Signalwege, insbesondere die FGF/ERK-Signalkaskade, gesteuert wird, zeigen wir, dass zum Zeitpunkt der Implantation eine Verschiebung in der mechanischen Umgebung des Trophektoderms eine dominierende Rolle bei der Erhaltung der Vorläuferzellen im polaren Trophektoderm spielt. Insbesondere schlagen wir vor, dass der mechanosensitive Transkriptionskoaktivator YAP diese mechanischen Signale integriert und die Expression wichtiger Vorläufergene wie Cdx2, Eomes und Esrrb fördert. Um das Zusammenspiel biochemischer und mechanischer Signale bei der Gestaltung der Trophektoderm-Nische zu klären, begann unsere Forschung mit der Untersuchung der Plastizität von TE-Zellen und der Identifizierung der Kombination embryonaler Induktoren, die vom Epiblasten sezerniert werden und ausreichen, um die Identität des mittleren Blastozysten-TE in vivo aufrechtzuerhalten. Anschließend verwendeten wir einen High-Content-Imaging-Ansatz und entwickelten eine maßgeschneiderte Analyse-Pipeline basierend auf der Software CellProfiler, um räumliche und molekulare Merkmale von immunfluoreszenzgefärbten Maus-Embryonen quantitativ zu extrahieren. Dies ermöglichte uns, die Entstehung und räumliche Organisation von TE-Nischen von den präimplantativen bis zu den periimplantativen Stadien mit beispielloser Genauigkeit zu charakterisieren. Um die relativen Beiträge biochemischer und mechanischer Faktoren weiter zu differenzieren, verfolgten wir einen reduktionistischen Ansatz, indem wir Maus-Trophoblast-Stammzellen auf mikropatternierten Substraten kultivierten, die darauf ausgelegt sind, die physiologischen Einschränkungen der TE-Nische nachzuahmen. Diese Methode erlaubte es uns, die Effekte embryonaler Induktoren und mechanischer Signale zu kontrollieren und zu entkoppeln und so klare Einblicke darin zu gewinnen, wie jede Komponente die TE-Differenzierung und die Erhaltung der Vorläuferzellen beeinflusst. Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse, dass die Maus-Blastozyste ein feines Gleichgewicht zwischen biochemischen und mechanischen Einflüssen reguliert, um die Bildung und Erhaltung der TE-Nischen sicherzustellen, wodurch die Stammzellhaftigkeit und das richtige Timing der Differenzierung während der frühen Embryogenese gewährleistet werden. Diese integrierte Sicht auf die Regulation der Stammzellnischen verbessert unser Verständnis grundlegender Entwicklungsbiologie-Prozesse, die möglicherweise auch in anderen Systemen, wie beispielsweise beim Menschen, eine Rolle spielen. Darüber hinaus könnten diese Erkenntnisse einen neuen Rahmen für das Verständnis und die Behandlung von Unfruchtbarkeit bieten, insbesondere in Fällen, in denen die Embryoimplantation fehlschlägt.
Giovanni Sestini (Wed,) studied this question.