A légyembriók mechanikai feszültségei: kulcs az evolúcióhoz?

A légyembriók mechanikai feszültségei: kulcs az evolúcióhoz?

A Hohenheimi Egyetem és a japán RIKEN Központ kutatócsoportjai átfogó vizsgálatot végeztek a légyembriók mechanikai igénybevételével kapcsolatban. Ezek a feszültségek az embrionális fejlődés során keletkeznek, amikor a sejtek és szövetek ütköznek. Komoly hatással lehetnek az állatok fejlődésére. Ebben a tanulmányban két különböző stratégiát figyeltek meg a különböző légyfajokban előidézett feszültségek szabályozására.

A kutatás középpontjában a gasztruláció áll, amely a fejlődés döntő szakasza, amelyben egyszerű sejtrétegekből összetett szövetek jönnek létre. A mechanikai igénybevétel végzetes deformációkat és fejlődési rendellenességeket okozhat, amelyek veszélyeztetik a morfogenezist. Különösen a gyümölcslegyeknél (Drosophila melanogaster) tapasztalták, hogy egy ideiglenes fejbarázda mechanikus gyűjtőmedenceként funkcionál. Ha ennek a szerkezetnek a kialakulása helytelen, súlyos fej- és idegrendszeri rendellenességek lépnek fel.

Különféle stratégiák a feszültség kezelésére

Ezzel szemben más légyfajok, például a Chironomus riparius, más stratégiát dolgoztak ki: sejtjeik ferdén vagy függőlegesen osztódnak, ezáltal csökken a szövetszerkezetre nehezedő nyomás. A sejtosztódások orientációjának kísérleti változásai biztosíthatják a normális embrionális fejlődést. Ezeket az eredményeket egymástól függetlenül megerősítette a drezdai Max Planck Intézet munkacsoportja, és azt mutatják, hogy az evolúció különféle megoldásokat hozott a mechanikai igénybevétel problémájára.

A mechanikai igénybevételek jelentősége messzemenő lehet. Kulcsszerepet játszhatnak az evolúció során új testtervek megjelenésében. A kutatási eredményeket a neves Nature folyóiratban tették közzé, és mély betekintést nyújtanak az embrionális fejlődésben működő biofizikai mechanizmusokba.

Gastruláció és morfogenezis

A gastruláció, egy morfogenetikus folyamat, a blastomerek térbeli szerveződését hozza létre a három csírarétegbe (ektoderma, mezoderma, endoderma). Ezt a folyamatot bizonyos sejtek külső rétegből történő belső átstrukturálódása jellemzi, ami a sejtek alakjának megváltozásával, különösen az apikális összehúzódással valósul meg. A Drosophilában a mezoderma és az endoderma invaginációja kollektív szöveti egységként történik, nem pedig egyedi sejtekként.

E folyamatok megértésének kulcsa a specifikus jelátviteli komponensek, például a Spätzle morfogén szerepe, amely gradienst hoz létre a transzkripciós aktivitásban. Ez a hajtogatott gastruláció és a T48 kifejeződéséhez vezet. Ezek a tényezők kulcsfontosságúak a gasztrulációhoz szükséges apikális alakváltozásokhoz. Az aktinok és a miozin 2 az elsődleges fehérjék, amelyek szabályozzák a sejtek összehúzódási tulajdonságait, ezáltal elősegítik a szövetek formáló funkcióját.

Egy másik érdekes felfedezés, hogy a mechanikai visszacsatolás befolyásolja a sejtek alakját és viselkedését a gyomorhurut során. Ez a miozin 2 szerveződését és összehúzó erejét irányító feszültség révén következik be. Ez a dinamika döntő fontosságú a szövetek integritásának megőrzésében és az összehangolt morfogenetikai mozgások elősegítésében.