Research on mouse embryonic stem cells opens the way to the discovery of the mechanisms that drive embryonic development and many possible applications. From the study of the early stages of embryogenesis, a correlation between changes in energy metabolism and stem cell fate has been observed. In the pre-implantation stage, energy is generated mainly through oxidative phosphorylation. Progressively, there is a metabolic transition, whereby anaerobic glycolysis becomes the predominant process of energy production, particularly in concomitance with implantation, when the embryo faces a reduction in oxygen availability. Changes in metabolism can affect enzymes that control epigenetic configuration and thus appear to be involved in the mechanisms of differentiation in the different cell lineages of the embryo. In this thesis, a study was conducted by setting up 2D and 3D systems from murine pluripotent stem cells in order to observe morphological development and characterize the early stages of differentiation from a metabolic point of view. In particular, an analysis of the transcriptome and metabolic pathways was conducted, following which the glycolytic pathway inhibitor 2DG was used in order to obtain more information regarding the role of metabolism in embryo development.

La ricerca sulle cellule staminali embrionali di topo apre la strada alla scoperta dei meccanismi che guidano lo sviluppo embrionale e a molte possibili applicazioni. Dallo studio delle fasi precoci dell’embriogenesi, è stata osservata una correlazione tra i cambiamenti nel metabolismo energetico e il destino delle cellule staminali. Nella fase di pre-impianto l’energia viene generata principalmente attraverso fosforilazione ossidativa. Progressivamente si assiste ad una transizione metabolica, per cui la glicolisi anaerobica diventa il processo preponderante di produzione di energia, in particolare in concomitanza dell’impianto, quando l’embrione va incontro ad una riduzione della disponibilità d’ossigeno. I cambiamenti nel metabolismo possono influenzare gli enzimi che controllano la configurazione epigenetica e quindi sembra siano coinvolti nei meccanismi di differenziazione nei diversi lineage cellulari dell’embrione. In questo elaborato di laurea è stato condotto uno studio attraverso l'allestimento di sistemi 2D e 3D a partire da cellule staminali pluripotenti murine, al fine di osservare lo sviluppo morfologico e caratterizzare le prime fasi differenziamento da un punto di vista metabolico. In particolare, è stata condotta un’analisi del trascrittoma e dei pathway metabolici, in seguito alla quale è stato utilizzato l’inibitore della via glicolitica 2DG, al fine di ottenere maggiori informazioni riguardo il ruolo del metabolismo nello sviluppo dell’embrione.

Studio del ruolo del metabolismo nel differenziamento 3D di cellule staminali pluripotenti murine

ZERBETTO, NICOLE
2021/2022

Abstract

Research on mouse embryonic stem cells opens the way to the discovery of the mechanisms that drive embryonic development and many possible applications. From the study of the early stages of embryogenesis, a correlation between changes in energy metabolism and stem cell fate has been observed. In the pre-implantation stage, energy is generated mainly through oxidative phosphorylation. Progressively, there is a metabolic transition, whereby anaerobic glycolysis becomes the predominant process of energy production, particularly in concomitance with implantation, when the embryo faces a reduction in oxygen availability. Changes in metabolism can affect enzymes that control epigenetic configuration and thus appear to be involved in the mechanisms of differentiation in the different cell lineages of the embryo. In this thesis, a study was conducted by setting up 2D and 3D systems from murine pluripotent stem cells in order to observe morphological development and characterize the early stages of differentiation from a metabolic point of view. In particular, an analysis of the transcriptome and metabolic pathways was conducted, following which the glycolytic pathway inhibitor 2DG was used in order to obtain more information regarding the role of metabolism in embryo development.
2021
Study of the role of metabolism in the 3D differentiation of murine pluripotent stem cells
La ricerca sulle cellule staminali embrionali di topo apre la strada alla scoperta dei meccanismi che guidano lo sviluppo embrionale e a molte possibili applicazioni. Dallo studio delle fasi precoci dell’embriogenesi, è stata osservata una correlazione tra i cambiamenti nel metabolismo energetico e il destino delle cellule staminali. Nella fase di pre-impianto l’energia viene generata principalmente attraverso fosforilazione ossidativa. Progressivamente si assiste ad una transizione metabolica, per cui la glicolisi anaerobica diventa il processo preponderante di produzione di energia, in particolare in concomitanza dell’impianto, quando l’embrione va incontro ad una riduzione della disponibilità d’ossigeno. I cambiamenti nel metabolismo possono influenzare gli enzimi che controllano la configurazione epigenetica e quindi sembra siano coinvolti nei meccanismi di differenziazione nei diversi lineage cellulari dell’embrione. In questo elaborato di laurea è stato condotto uno studio attraverso l'allestimento di sistemi 2D e 3D a partire da cellule staminali pluripotenti murine, al fine di osservare lo sviluppo morfologico e caratterizzare le prime fasi differenziamento da un punto di vista metabolico. In particolare, è stata condotta un’analisi del trascrittoma e dei pathway metabolici, in seguito alla quale è stato utilizzato l’inibitore della via glicolitica 2DG, al fine di ottenere maggiori informazioni riguardo il ruolo del metabolismo nello sviluppo dell’embrione.
cellule staminali
metabolismo
differenziamento 3D
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