Μηχανικές τάσεις σε έμβρυα μύγας: Ένα κλειδί για την εξέλιξη;

Μηχανικές τάσεις σε έμβρυα μύγας: Ένα κλειδί για την εξέλιξη;

Ερευνητικές ομάδες από το Πανεπιστήμιο του Hohenheim και το Κέντρο RIKEN στην Ιαπωνία διεξήγαγαν μια ολοκληρωμένη μελέτη της μηχανικής καταπόνησης σε έμβρυα μύγας. Αυτές οι εντάσεις προκύπτουν κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη όταν συγκρούονται κύτταρα και ιστοί. Μπορούν να έχουν σοβαρές επιπτώσεις στην ανάπτυξη των ζώων. Σε αυτή τη μελέτη, παρατηρήθηκαν δύο διαφορετικές στρατηγικές για τον έλεγχο αυτών των εντάσεων που παράγονται σε διαφορετικά είδη μυγών.

Κεντρικό επίκεντρο της έρευνας είναι η γαστρορραγία, ένα κρίσιμο στάδιο ανάπτυξης στο οποίο σχηματίζονται σύνθετοι ιστοί από απλές κυτταρικές στοιβάδες. Η μηχανική καταπόνηση μπορεί να προκαλέσει θανατηφόρες παραμορφώσεις και δυσμορφίες που θέτουν σε κίνδυνο τη μορφογένεση. Ειδικότερα στις μύγες των φρούτων (Drosophila melanogaster), βρέθηκε ότι ένα προσωρινό αυλάκι κεφαλής λειτουργεί ως μηχανική λεκάνη συλλογής. Εάν ο σχηματισμός αυτής της δομής είναι εσφαλμένος, εμφανίζονται σοβαρές δυσπλασίες στο κεφάλι και το νευρικό σύστημα.

Διαφορετικές στρατηγικές για την αντιμετώπιση της έντασης

Αντίθετα, άλλα είδη μυγών, όπως το Chironomus riparius, έχουν αναπτύξει μια διαφορετική στρατηγική: τα κύτταρα τους διαιρούνται λοξά ή κάθετα, μειώνοντας έτσι την πίεση στη δομή του ιστού. Πειραματικές αλλαγές στον προσανατολισμό των κυτταρικών διαιρέσεων μπορούν να εξασφαλίσουν φυσιολογική εμβρυϊκή ανάπτυξη. Αυτά τα αποτελέσματα επιβεβαιώθηκαν ανεξάρτητα από μια ομάδα εργασίας στο Ινστιτούτο Max Planck στη Δρέσδη και δείχνουν ότι η εξέλιξη έχει δώσει διάφορες λύσεις στο πρόβλημα της μηχανικής καταπόνησης.

Η σημασία των μηχανικών τάσεων θα μπορούσε να είναι μεγάλη. Μπορούν να διαδραματίσουν βασικό ρόλο στην εμφάνιση νέων σωματικών σχεδίων κατά τη διάρκεια της εξέλιξης. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο διάσημο περιοδικό Nature και παρέχουν βαθιές γνώσεις για τους βιοφυσικούς μηχανισμούς που λειτουργούν στην εμβρυϊκή ανάπτυξη.

Γαστρίωση και μορφογένεση

Η γαστρίωση, μια μορφογενετική διαδικασία, επιφέρει τη χωρική οργάνωση των βλαστομερών στα τρία βλαστικά στρώματα (έκτοδερμα, μεσόδερμα, ενδόδερμα). Αυτή η διαδικασία χαρακτηρίζεται από την εσωτερική αναδόμηση ορισμένων κυττάρων από την εξωτερική στιβάδα, η οποία επιτυγχάνεται μέσω αλλαγών στο σχήμα των κυττάρων, ιδιαίτερα της κορυφαίας συστολής. Στη Drosophila, η διήθηση του μεσόδερμου και του ενδοδερμίου συμβαίνει ως συλλογικές μονάδες ιστού, όχι ως μεμονωμένα κύτταρα.

Ένα κλειδί για την κατανόηση αυτών των διαδικασιών είναι ο ρόλος συγκεκριμένων στοιχείων σηματοδότησης όπως το μορφογόνο Spätzle, το οποίο δημιουργεί μια κλίση στη μεταγραφική δραστηριότητα. Αυτό οδηγεί στην έκφραση αναδιπλωμένης γαστρίωσης και Τ48. Αυτοί οι παράγοντες είναι κρίσιμοι για τις αλλαγές στο σχήμα της κορυφής που απαιτούνται για τη γαστρίωση. Οι ακτίνες και η μυοσίνη 2 είναι οι πρωτεύουσες πρωτεΐνες που ελέγχουν τις συσταλτικές ιδιότητες των κυττάρων, προάγοντας έτσι τη λειτουργία γλυπτικής των ιστών.

Μια άλλη ενδιαφέρουσα ανακάλυψη είναι ότι η μηχανική ανάδραση επηρεάζει το σχήμα και τη συμπεριφορά του κυττάρου κατά τη γαστρίωση. Αυτό συμβαίνει με την ένταση που ελέγχει την οργάνωση και τη συσταλτική δύναμη της μυοσίνης 2. Τέτοιες δυναμικές είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση της ακεραιότητας των ιστών και την προώθηση συντονισμένων μορφογενετικών κινήσεων.