Kärbse embrüote mehaanilised pinged: evolutsiooni võti?

Kärbse embrüote mehaanilised pinged: evolutsiooni võti?

Hohenheimi ülikooli ja Jaapani RIKENi keskuse uurimisrühmad on läbi viinud põhjaliku uuringu kärbseembrüote mehaanilise stressi kohta. Need pinged tekivad embrüonaalse arengu ajal, kui rakud ja kuded põrkuvad. Neil võib olla tõsine mõju loomade arengule. Selles uuringus täheldati kahte erinevat strateegiat erinevate kärbseliikide tekitatud pingete kontrollimiseks.

Uurimistöö keskmes on gastrulatsioon, mis on oluline arenguetapp, mille käigus moodustuvad lihtsatest rakukihtidest keerulised koed. Mehaaniline pinge võib põhjustada surmavaid deformatsioone ja väärarenguid, mis ohustavad morfogeneesi. Eelkõige äädikakärbestel (Drosophila melanogaster) leiti, et ajutine peavagu toimib mehaanilise kogumisbasseinina. Kui selle struktuuri moodustumine on vale, tekivad tõsised väärarengud peas ja närvisüsteemis.

Erinevad strateegiad pingetega toimetulemiseks

Seevastu teised kärbse liigid, nagu Chironomus riparius, on välja töötanud teistsuguse strateegia: nende rakud jagunevad kaldu või vertikaalselt, vähendades seeläbi survet koestruktuurile. Eksperimentaalsed muutused rakkude jagunemise orientatsioonis võivad tagada normaalse embrüo arengu. Neid tulemusi kinnitas sõltumatult Dresdeni Max Plancki Instituudi töörühm ja need näitavad, et evolutsioon on toonud mehaanilise pinge probleemile erinevaid lahendusi.

Mehaaniliste pingete tähtsus võib olla kaugeleulatuv. Need võivad mängida võtmerolli uute kehaplaanide tekkimisel evolutsiooni käigus. Uurimistulemused avaldati tunnustatud ajakirjas Nature ja need annavad sügava ülevaate embrüo arengus töötavatest biofüüsikalistest mehhanismidest.

Gastrulatsioon ja morfogenees

Gastrulatsioon, morfogeneetiline protsess, toob kaasa blastomeeride ruumilise organiseerimise kolmeks idukihiks (ektoderm, mesoderm, endoderm). Seda protsessi iseloomustab teatud rakkude sisemine ümberstruktureerimine väliskihist, mis saavutatakse raku kuju muutuste, eriti apikaalse kontraktsiooni kaudu. Drosophilas toimub mesodermi ja endodermi invaginatsioon kollektiivsete koeüksustena, mitte üksikute rakkudena.

Nende protsesside mõistmise võtmeks on spetsiifiliste signaalikomponentide, nagu morfogeen Spätzle, roll, mis loob transkriptsioonilise aktiivsuse gradiendi. See põhjustab volditud gastrulatsiooni ja T48 ekspressiooni. Need tegurid on gastrulatsiooniks vajalike apikaalsete kujumuutuste jaoks üliolulised. Aktiinid ja müosiin 2 on peamised valgud, mis kontrollivad rakkude kontraktiilseid omadusi, soodustades seeläbi kudede kujundamise funktsiooni.

Veel üks huvitav avastus on see, et mehaaniline tagasiside mõjutab rakkude kuju ja käitumist gastrulatsiooni ajal. See tekib pinge tõttu, mis kontrollib müosiin 2 organiseeritust ja kontraktiilset jõudu. Selline dünaamika on ülioluline koe terviklikkuse säilitamiseks ja koordineeritud morfogeneetiliste liikumiste edendamiseks.