"Somitogenesis unbound": dissecting the spatiotemporal control of mammalian embryo segmentation through in vitro models of development

Costanzo, Maria

"Somitogenesis unbound": dissecting the spatiotemporal control of mammalian embryo segmentation through in vitro models of development

Document Type

Doctoral thesis
Published Version

Author

Costanzo, Maria

Director

Ebisuya, Miki

Publication Date

2024-06-26

Pages

131 p.

Citation

Costanzo, M. "Somitogenesis unbound": dissecting the spatiotemporal control of mammalian embryo segmentation through in vitro models of development. Universitat Pompeu Fabra; 2024. handle: http://hdl.handle.net/10803/691533

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Doctoral program

Programa de Doctorat en Biomedicina

Abstract

Stem cell-based in vitro systems have recently been used to complement the study of developmental processes in the embryo. Somitogenesis, which segments a vertebrate body axis to establish its characteristic body plan, entails a tight spatiotemporal coordination that is difficult to disentangle in vivo. Two in vitro models developed in our lab, the induced Presomitic Mesoderm (iPSM) and the human somitoids, were employed to address the temporal regulation of somitogenesis across mammalian species and the spatial control of human somite size. The speed of the “clock” pacing somitogenesis, and of its underlying biochemical reactions, was characterized in cattle iPSM and compared to other five species, unveiling a scaling with developmental time. Quantifying tissue proportions in human somitoids revealed that both the somite and the somite precursor tissue size are kept constant in organoids of different sizes. Overall, studying somitogenesis outside the embryo boundaries led to insights otherwise difficult to gain in an in vivo setting.
Los sistemas in vitro basados en células madre han sido utilizados recientemente para complementar el estudio de los procesos de desarrollo embrionarios. La somitogénesis, que segmenta el eje corporal de un vertebrado estableciendo su plan corporal característico, necesita de una precisa coordinación espaciotemporal que es difícil de desentrañar in vivo. Dos modelos in vitro desarrollados en nuestro laboratorio, la inducción de Mesodermo Pre-somítico (iPSM) y los somitoides humanos, han sido empleados para abordar la regulación temporal de la somitogénesis en diferentes especies de mamíferos así como el control espacial del tamaño de los somitas humanos. La velocidad del "reloj" que marca el ritmo de la somitogénesis, y de sus reacciones bioquímicas subyacentes, fue caracterizada en el iPSM bovino y comparada con otras cinco especies, revelando una relación con el tiempo de desarrollo. La cuantificación de las proporciones de tejido en los somitoides humanos evidenció que tanto el tamaño del somito como el del tejido precursor del somito se mantienen constantes en organoides de diferentes tamaños. En general, estudiar la somitogénesis fuera de los límites del embrión ha proporcionado conocimientos que de otra manera hubieran sido difíciles de obtener en un entorno in vivo.

Keywords

Somitogenesis, Segmentation clock, Interspecies comparison, In vitro models of development, Organ size control, Somitogénesis, Reloj de la segmentación, Comparación entre especies, Modelos de desarrollo in vitro, Control del tamaño de los organos