Tensioni meccaniche negli embrioni di mosca: una chiave per l'evoluzione?

Tensioni meccaniche negli embrioni di mosca: una chiave per l'evoluzione?

Gruppi di ricerca dell'Università di Hohenheim e del Centro RIKEN in Giappone hanno condotto uno studio completo sullo stress meccanico negli embrioni di mosca. Queste tensioni sorgono durante lo sviluppo embrionale quando cellule e tessuti entrano in collisione. Possono avere effetti gravi sullo sviluppo degli animali. In questo studio sono state osservate due diverse strategie per controllare queste tensioni prodotte in diverse specie di mosche.

Un focus centrale della ricerca è la gastrulazione, una fase cruciale dello sviluppo in cui i tessuti complessi si formano da semplici strati cellulari. Lo stress meccanico può causare deformazioni e malformazioni fatali che mettono in pericolo la morfogenesi. Soprattutto nei moscerini della frutta (Drosophila melanogaster) è stato riscontrato che un solco temporaneo sulla testa funziona come un bacino di raccolta meccanico. Se la formazione di questa struttura non è corretta si verificano gravi malformazioni alla testa e al sistema nervoso.

Diverse strategie per affrontare la tensione

Al contrario, altre specie di mosche, come Chironomus riparius, hanno sviluppato una strategia diversa: le loro cellule si dividono obliquamente o verticalmente, riducendo così la pressione sulla struttura del tessuto. Cambiamenti sperimentali nell'orientamento delle divisioni cellulari possono garantire il normale sviluppo embrionale. Questi risultati sono stati confermati in modo indipendente da un gruppo di lavoro dell'Istituto Max Planck di Dresda e mostrano che l'evoluzione ha prodotto diverse soluzioni al problema dello stress meccanico.

L’importanza delle sollecitazioni meccaniche potrebbe essere di vasta portata. Potrebbero svolgere un ruolo chiave nell'emergere di nuovi piani corporei durante l'evoluzione. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rinomata rivista Nature e forniscono approfondimenti sui meccanismi biofisici in atto nello sviluppo embrionale.

Gastrulazione e morfogenesi

La gastrulazione, un processo morfogenetico, determina l'organizzazione spaziale dei blastomeri nei tre strati germinali (ectoderma, mesoderma, endoderma). Questo processo è caratterizzato dalla ristrutturazione interna di alcune cellule dello strato esterno, che si ottiene attraverso cambiamenti nella forma delle cellule, in particolare la contrazione apicale. Nella Drosophila, l'invaginazione del mesoderma e dell'endoderma avviene come unità tissutali collettive, non come cellule individuali.

Una chiave per comprendere questi processi è il ruolo di specifici componenti di segnalazione come il morfogeno Spätzle, che stabilisce un gradiente nell’attività trascrizionale. Ciò porta all'espressione di gastrulazione ripiegata e T48. Questi fattori sono cruciali per i cambiamenti della forma apicale richiesti per la gastrulazione. Actine e miosina 2 sono le proteine ​​primarie che controllano le proprietà contrattili delle cellule, promuovendo così la funzione di modellamento dei tessuti.

Un'altra scoperta interessante è che il feedback meccanico influenza la forma e il comportamento delle cellule durante la gastrulazione. Ciò avviene attraverso la tensione che controlla l'organizzazione e la forza contrattile della miosina 2. Tali dinamiche sono cruciali per mantenere l'integrità dei tessuti e promuovere movimenti morfogenetici coordinati.