RNA lunghi non codificanti nello sviluppo vascolare

Le Cellule Endoteliali Vascolari (VEC) rivestono l'interno dei vasi sanguigni e sono fondamentali per il flusso sanguigno sia negli embrioni in sviluppo che negli adulti. Durante la crescita dei mammiferi, queste cellule si formano da cellule precursori, creando una rete di base di vasi sanguigni. Crescono anche da vasi già esistenti e si specializzano in diversi tipi di cellule, formando una rete organizzata di arterie e vene. Le VEC hanno ruoli che vanno oltre il semplice trasporto del sangue. Per esempio, alcune cellule staminali che formano sangue provengono da un tipo specifico di VEC noto come cellule endoteliali emogeniche (HEC). Recentemente, nuove tecnologie hanno reso possibile studiare il set completo di geni attivi in queste prime VEC, rivelando molto su come si sviluppano e funzionano.

#Lungo RNA non codificanti ([LncRNA](/it/keywords/long-rna-non-codificanti--kk5005n))

I lunghi RNA non codificanti (lncRNA) sono un tipo di molecola di RNA che non producono proteine ma giocano ruoli importanti in vari processi biologici. Sono lunghi oltre 200 nucleotidi e sono coinvolti nella regolazione dell'attività genica, influenzando come le cellule decidono il loro destino, modificando la struttura del DNA e influenzando l'espressione genica. Alcuni lncRNA sono stati identificati come attori chiave nella biologia dei vasi sanguigni e nello sviluppo delle cellule del sangue. Per esempio, certi lncRNA possono influenzare quanto bene funzionano le cellule endoteliali, aiutare a formare nuovi vasi sanguigni o cambiare la struttura dei vasi sanguigni. Studi recenti hanno evidenziato l'importanza di oltre 150 lncRNA specificamente presenti nelle cellule staminali che formano sangue nell'adulto, mostrando che alcuni sono necessari affinché queste cellule staminali si mantengano e si sviluppino in diversi tipi di cellule.

#Panoramica dello studio

Questo studio integra dati pubblicati in precedenza da tecniche avanzate di sequenziamento genico per esplorare il ruolo degli lncRNA nello sviluppo precoce delle VEC nei mammiferi. Dettagliando i modelli di espressione di questi lncRNA durante lo sviluppo, forniamo spunti su come influenzano la formazione e la specializzazione dei vasi sanguigni e delle cellule ematopoietiche. Questo lavoro colma una lacuna nelle conoscenze esistenti e apre nuove strade per comprendere e sfruttare il potenziale dei dati ad alta capacità di sequenziamento genico.

#Espressione abbondante di lncRNA nello sviluppo precoce delle VEC

Studi iniziali focalizzati sui geni codificanti proteine hanno fornito una ricchezza di informazioni su come le VEC differiscano, su come si sviluppano le caratteristiche venose e arteriose e su come vengono prese le decisioni sul destino delle cellule ematiche. Nel nostro studio, abbiamo analizzato dati di sequenziamento RNA ad alta profondità, utilizzando specificamente un metodo che consente una rilevazione più ampia degli lncRNA. Questo approccio di sequenziamento ha permesso di rilevare molti lncRNA, rivelando una quantità significativa di dati di espressione.

Utilizzando questo metodo, abbiamo identificato 6.722 geni di lncRNA espressi durante lo sviluppo vascolare precoce nei topi. Questo rappresenta circa il 30% di tutti i geni rilevati. La maggior parte degli lncRNA espressi includeva diversi tipi, come antisenso e lincRNA. In media, ogni VEC esprimeva circa 630 lncRNA insieme a quasi 7.000 geni codificanti proteine. Anche se il tasso complessivo di rilevazione degli lncRNA era più alto, un livello di espressione più basso nelle cellule individuali ha probabilmente causato la mancata rilevazione di alcuni lncRNA durante il sequenziamento a singola cellula.

Abbiamo anche scoperto che il numero di lncRNA espressi variava tra le diverse popolazioni di VEC, con i conteggi più alti nelle fasi di sviluppo precoce o in tipi cellulari specifici. Questo indica un modello di espressione complesso che probabilmente gioca un ruolo nella specializzazione e maturazione di queste cellule.

#Espressione differenziale degli lncRNA e eterogeneità delle VEC

In totale, abbiamo identificato 295 lncRNA che presentavano differenze significative nell'espressione tra le varie popolazioni di VEC. Questi lncRNA espressi in modo differenziale ci hanno aiutato a visualizzare e analizzare le relazioni tra diversi tipi di VEC attraverso tecniche avanzate di riduzione dimensionale. I risultati del clustering basati sull'espressione degli lncRNA riflettevano quelli ottenuti dagli studi sui geni codificanti proteine, rafforzando l'idea che gli lncRNA contribuiscano significativamente alla diversità dei tipi di cellule endoteliali e alle loro funzioni.

Abbiamo esaminato la correlazione di specifici lncRNA con geni codificanti proteine e i processi biologici a cui sono associati. Per esempio, alcuni lncRNA hanno mostrato un'espressione più elevata nelle VEC arteriose che maturano e sono stati associati a processi critici di sviluppo come la formazione delle arterie e la differenziazione endoteliale. Questo suggerisce che questi lncRNA potrebbero avere ruoli regolatori importanti durante lo sviluppo vascolare.

Per confermare questi risultati, abbiamo ordinato diverse popolazioni di VEC utilizzando marcatori di superficie stabiliti e validato l'espressione di lncRNA selezionati tramite PCR quantitativa RT. I risultati hanno indicato che specifici lncRNA erano espressi in modo coerente nelle popolazioni attese, verificando ulteriormente l'efficacia dei nostri metodi di sequenziamento.

#lncRNA che regolano la specificazione arteriovenosa

Lo sviluppo vascolare presenta due onde principali di specificazione arteriosa: la creazione delle arterie principali e la conversione delle vene in strutture arteriose. Per identificare lncRNA correlati a questi processi, abbiamo selezionato i principali lncRNA correlati alle caratteristiche arteriose e venose. I dati suggerivano che diversi lncRNA potrebbero aiutare a differenziare queste caratteristiche nelle VEC.

Analizzando come l'espressione degli lncRNA cambi lungo i percorsi di sviluppo delle arterie principali e delle strutture venose, abbiamo notato modelli specifici. Molti lncRNA che correlavano positivamente con lo sviluppo arterioso erano anche associati a geni che definiscono le arterie mature, evidenziando i loro ruoli nello sviluppo vascolare. Al contrario, alcuni lncRNA legati alle vene mostrano un calo man mano che si formano le arterie, indicando un cambiamento nell'espressione genica mentre le cellule passano da identità venose a arteriose.

#lncRNA e specificazione endoteliale emogenica

Oltre allo sviluppo vascolare, un altro processo essenziale è la specificazione endoteliale emogenica. Questo avviene quando le cellule endoteliali iniziano a differenziarsi in cellule che formano sangue. Mappando i cambiamenti nell'espressione degli lncRNA lungo i percorsi dalle VEC arteriose alle cellule emogeniche, abbiamo classificato questi lncRNA in diversi modelli di attività.

Un gruppo di lncRNA ha mostrato un'espressione aumentata esclusivamente durante la specificazione emogenica, suggerendo che siano critici in questa fase transitoria. Le reti di coespressione formate da questi lncRNA e geni codificanti proteine correlati hanno fornito spunti sulle loro funzioni, suggerendo un ruolo collaborativo nel guidare lo sviluppo dei tipi di cellule del sangue.

È interessante notare che alcuni lncRNA che erano regolati negativamente durante l'impegno a un destino ematopoietico erano regolati positivamente durante la maturazione arteriosa, indicando che la regolazione di questi lncRNA potrebbe essere strettamente controllata e dipendente dal contesto.

#Coinvolgimento degli lncRNA nella rete regolatoria dei fattori di trascrizione (TF)

Per esplorare ulteriormente come gli lncRNA influenzino lo sviluppo vascolare precoce, abbiamo costruito una rete regolatoria coinvolgente vari fattori di trascrizione (TF) cruciali per lo sviluppo endoteliale. Abbiamo identificato numerosi regoloni-gruppi di geni regolati da un singolo TF-evidenziando come queste reti siano attivate in modo diverso nelle varie popolazioni di VEC.

L'analisi ha rivelato che alcuni TF avevano ruoli distinti legati a specifici tipi di VEC. Per esempio, alcuni TF noti per regolare lo sviluppo del sangue erano particolarmente attivi nelle cellule endoteliali emogeniche. Inoltre, gli lncRNA hanno mostrato una forte associazione con specifici regoloni, indicando il loro potenziale coinvolgimento nel controllare l'espressione di geni critici all'interno di queste reti.

#Distinzione delle sottopopolazioni di VEC guidata dagli lncRNA

Utilizzando i dati di espressione degli lncRNA, abbiamo eseguito un clustering non supervisionato per identificare tre principali popolazioni di VEC. Notoriamente, una parte significativa dei nuovi gruppi identificati non si allineava perfettamente con le classificazioni precedentemente stabilite basate sui geni codificanti proteine, suggerendo che gli lncRNA guidino distinzioni uniche legate alla maturazione endoteliale.

I cluster che abbiamo identificato erano arricchiti in diversi processi, con un gruppo principalmente legato allo sviluppo precoce e un altro alle fasi successive della differenziazione endoteliale. Questi risultati implicano che gli lncRNA siano essenziali per riconoscere varie fasi della maturazione delle VEC, fornendo una comprensione più sfumata di come si sviluppano i vasi sanguigni.

#Conservazione e direzioni future

I nostri risultati sollevano domande interessanti su se le caratteristiche degli lncRNA osservate nei sistemi embrionali di topo e umano si estendano ad altri scenari di sviluppo degli organi. Modelli simili nell'espressione degli lncRNA sono stati notati nello sviluppo vascolare epatico, indicando che il coinvolgimento degli lncRNA nella maturazione endoteliale potrebbe essere conservato in diversi contesti.

In conclusione, il nostro studio evidenzia che gli lncRNA svolgono un ruolo vitale nella regolazione dei complessi processi di sviluppo vascolare. Non solo contribuiscono alla diversità e specializzazione dei tipi di VEC, ma forniscono anche nuove intuizioni sui meccanismi regolatori che governano questi processi. La ricerca futura dovrebbe approfondire i ruoli di specifici lncRNA, esplorando le loro potenziali applicazioni nella medicina rigenerativa e negli interventi terapeutici per le malattie correlate ai vasi. Le conoscenze acquisite qui serviranno da base per ulteriori indagini sulle funzioni degli lncRNA in vari contesti biologici.