El patrón de sal y pimienta en los blastocistos de ratón es compatible con la señalización más allá de los vecinos más cercanos

Abstract

Los embriones se desarrollan en una secuencia concertada de disposiciones espaciotemporales de células. En el embrión de ratón previo a la implantación , la distribución de las células en la masa celular interna evoluciona desde un patrón de sal y pimienta hasta una segregación espacial de dos tipos de células distintas. Hasta ahora no se han analizado las propiedades exactas del patrón de sal y pimienta. Investigamos la distribución espaciotemporal de las células que expresan NANOG y GATA6 en el ICM de los blastocistos de ratón con análisis cuantitativos tridimensionales de vecindad unicelulares. Una combinación de estadísticas espaciales y modelos basados ​​en agentes revela que la distribución del destino celular sigue un patrón de agrupación local. Utilizando modelos de ecuaciones diferenciales ordinarias, demostramos que este patrón puede establecerse mediante un mecanismo de señalización basado en la distancia que permite a las células integrar información de toda la masa celular interna en su decisión sobre el destino celular. Nuestro trabajo destaca la importancia de la señalización de mayor alcance para garantizar decisiones coordinadas en grupos de células para construir embriones con éxito.

Embryos develop in a concerted sequence of spatiotemporal arrangements of cells. In the preimplantation mouse embryo, the distribution of the cells in the inner cell mass evolves from a salt-and-pepper pattern to spatial segregation of two distinct cell types. The exact properties of the salt-and-pepper pattern have not been analyzed so far. We investigate the spatiotemporal distribution of NANOG- and GATA6-expressing cells in the ICM of the mouse blastocysts with quantitative three-dimensional single-cell-based neighborhood analyses. A combination of spatial statistics and agent-based modeling reveals that the cell fate distribution follows a local clustering pattern. Using ordinary differential equations modeling, we show that this pattern can be established by a distance-based signaling mechanism enabling cells to integrate information from the whole inner cell mass into their cell fate decision. Our work highlights the importance of longer-range signaling to ensure coordinated decisions in groups of cells to successfully build embryos.