Mekaaniset jännitykset kärpästen alkioissa: avain evoluutioon?

Mekaaniset jännitykset kärpästen alkioissa: avain evoluutioon?

Hohenheimin yliopiston ja Japanin RIKEN-keskuksen tutkimusryhmät ovat tehneet kattavan tutkimuksen mekaanisesta rasituksesta kärpäsalkioissa. Nämä jännitteet syntyvät alkion kehityksen aikana, kun solut ja kudokset törmäävät. Niillä voi olla vakavia vaikutuksia eläinten kehitykseen. Tässä tutkimuksessa havaittiin kaksi erilaista strategiaa näiden eri kärpäslajeissa tuotetun jännityksen hallitsemiseksi.

Tutkimuksen keskeinen painopiste on gastrulaatio, tärkeä kehitysvaihe, jossa monimutkaisia ​​kudoksia muodostuu yksinkertaisista solukerroksista. Mekaaninen jännitys voi aiheuttaa kohtalokkaita muodonmuutoksia ja epämuodostumia, jotka vaarantavat morfogeneesin. Erityisesti hedelmäkärpäsissä (Drosophila melanogaster) havaittiin, että väliaikainen päävao toimii mekaanisena keräilyaltaana. Jos tämän rakenteen muodostuminen on virheellinen, pään ja hermoston vakavia epämuodostumia esiintyy.

Erilaisia ​​strategioita jännityksen käsittelemiseen

Sitä vastoin muut kärpäslajit, kuten Chironomus riparius, ovat kehittäneet erilaisen strategian: niiden solut jakautuvat vinosti tai pystysuoraan, mikä vähentää painetta kudosrakenteeseen. Kokeellisilla muutoksilla solunjakautumisen orientaatiossa voidaan varmistaa normaali alkion kehitys. Dresdenin Max Planck -instituutin työryhmä vahvisti nämä tulokset itsenäisesti, ja ne osoittavat, että evoluutio on tuottanut erilaisia ​​ratkaisuja mekaanisen rasituksen ongelmaan.

Mekaanisten jännitysten merkitys voi olla kauaskantoinen. Niillä voi olla keskeinen rooli uusien kehosuunnitelmien syntymisessä evoluution aikana. Tutkimustulokset julkaistiin tunnetussa Nature-lehdessä, ja ne tarjoavat syvällisiä näkemyksiä alkionkehityksen biofysikaalisista mekanismeista.

Gastrulaatio ja morfogeneesi

Gastrulaatio, morfogeneettinen prosessi, saa aikaan blastomeerien avaruudellisen järjestäytymisen kolmeen itukerrokseen (ektodermi, mesodermi, endodermi). Tälle prosessille on tunnusomaista tiettyjen solujen sisäinen uudelleenjärjestely ulkokerroksesta, mikä saavutetaan solumuodon muutoksilla, erityisesti apikaalisella supistumisella. Drosophilassa mesodermin ja endodermin invaginaatio tapahtuu kollektiivisina kudosyksiköinä, ei yksittäisinä soluina.

Avain näiden prosessien ymmärtämiseen on tiettyjen signalointikomponenttien, kuten morfogeenin Spätzle, rooli, joka muodostaa gradientin transkriptioaktiivisuuteen. Tämä johtaa laskostetun gastrulaation ja T48:n ilmenemiseen. Nämä tekijät ovat ratkaisevia gastrulaation edellyttämille apikaalisille muodonmuutoksille. Aktiinit ja myosiini 2 ovat ensisijaisia ​​proteiineja, jotka säätelevät solujen supistumisominaisuuksia ja edistävät siten kudoksen muotoilevaa toimintaa.

Toinen mielenkiintoinen löytö on, että mekaaninen palaute vaikuttaa solujen muotoon ja käyttäytymiseen gastrulaation aikana. Tämä tapahtuu jännityksellä, joka ohjaa myosiini 2:n organisoitumista ja supistumisvoimaa. Tällainen dynamiikka on ratkaisevan tärkeää kudosten eheyden ylläpitämiseksi ja koordinoitujen morfogeneettisten liikkeiden edistämiseksi.