Mehaničke napetosti u embrijima muhe: ključ evolucije?

Mehaničke napetosti u embrijima muhe: ključ evolucije?

Istraživački timovi sa Sveučilišta Hohenheim i RIKEN centra u Japanu proveli su opsežnu studiju mehaničkog stresa u embrijima muha. Ove napetosti nastaju tijekom embrionalnog razvoja kada se stanice i tkiva sudaraju. Mogu imati ozbiljne posljedice na razvoj životinja. U ovoj studiji promatrane su dvije različite strategije za kontrolu ovih napetosti koje proizvode različite vrste muha.

Središnji fokus istraživanja je gastrulacija, ključna faza razvoja u kojoj se složena tkiva formiraju iz jednostavnih staničnih slojeva. Mehanički stres može uzrokovati fatalne deformacije i malformacije koje ugrožavaju morfogenezu. Kod vinskih mušica (Drosophila melanogaster) posebno je utvrđeno da privremena brazda na glavi funkcionira kao mehanički sabirni bazen. Ako je formiranje ove strukture netočno, dolazi do ozbiljnih malformacija u glavi i živčanom sustavu.

Različite strategije za rješavanje napetosti

Nasuprot tome, druge vrste muha, poput Chironomus riparius, razvile su drugačiju strategiju: njihove se stanice dijele koso ili okomito, čime se smanjuje pritisak na strukturu tkiva. Eksperimentalne promjene u orijentaciji staničnih dioba mogu osigurati normalan embrionalni razvoj. Ove rezultate neovisno je potvrdila radna skupina na Institutu Max Planck u Dresdenu i pokazuju da je evolucija proizvela različita rješenja za problem mehaničkog naprezanja.

Važnost mehaničkih naprezanja mogla bi biti dalekosežna. Oni mogu igrati ključnu ulogu u nastanku novih planova tijela tijekom evolucije. Rezultati istraživanja objavljeni su u renomiranom časopisu Nature i daju duboke uvide u biofizičke mehanizme koji djeluju u embrionalnom razvoju.

Gastrulacija i morfogeneza

Gastrulacija, morfogenetski proces, dovodi do prostorne organizacije blastomera u tri klicina listića (ektoderm, mezoderm, endoderm). Ovaj proces karakterizira unutarnje preustroj određenih stanica iz vanjskog sloja, što se postiže promjenama oblika stanica, posebice apikalne kontrakcije. Kod Drosophile, invaginacija mezoderma i endoderma događa se kao skupne jedinice tkiva, a ne kao pojedinačne stanice.

Ključ za razumijevanje ovih procesa je uloga specifičnih signalnih komponenti kao što je morfogen Spätzle, koji uspostavlja gradijent u transkripcijskoj aktivnosti. To dovodi do izražaja preklopljene gastrulacije i T48. Ovi su čimbenici presudni za apikalne promjene oblika potrebne za gastrulaciju. Aktini i miozin 2 su primarni proteini koji kontroliraju kontraktilna svojstva stanica, čime potiču funkciju oblikovanja tkiva.

Još jedno zanimljivo otkriće je da mehanička povratna sprega utječe na oblik i ponašanje stanice tijekom gastrulacije. To se događa tako što napetost kontrolira organizaciju i kontraktilnu silu miozina 2. Takva je dinamika presudna za održavanje integriteta tkiva i promicanje koordiniranih morfogenetskih pokreta.