Mechaninė įtampa musių embrionuose: raktas į evoliuciją?

Mechaninė įtampa musių embrionuose: raktas į evoliuciją?

Mokslininkų grupės iš Hohenheimo universiteto ir Japonijos RIKEN centro atliko išsamų musių embrionų mechaninio streso tyrimą. Šios įtampos kyla embriono vystymosi metu, kai susiduria ląstelės ir audiniai. Jie gali turėti rimtą poveikį gyvūnų vystymuisi. Šiame tyrime buvo pastebėtos dvi skirtingos strategijos, skirtos kontroliuoti šias skirtingų rūšių musių įtampas.

Pagrindinis tyrimo dėmesys skiriamas gastruliacijai – itin svarbiam vystymosi etapui, kai iš paprastų ląstelių sluoksnių susidaro sudėtingi audiniai. Mechaninis įtempis gali sukelti mirtinų deformacijų ir apsigimimų, kurie kelia pavojų morfogenezei. Visų pirma vaisinių muselių (Drosophila melanogaster) atveju buvo nustatyta, kad laikina galvos vaga veikia kaip mechaninis surinkimo baseinas. Jei šios struktūros formavimas yra neteisingas, atsiranda rimtų galvos ir nervų sistemos apsigimimų.

Įvairios kovos su įtampa strategijos

Priešingai, kitos musių rūšys, pavyzdžiui, Chironomus riparius, sukūrė kitokią strategiją: jų ląstelės dalijasi įstrižai arba vertikaliai, taip sumažindamos spaudimą audinių struktūrai. Eksperimentiniai ląstelių dalijimosi orientacijos pokyčiai gali užtikrinti normalų embriono vystymąsi. Šiuos rezultatus nepriklausomai patvirtino Max Planck instituto Drezdene darbo grupė ir jie rodo, kad evoliucija sukūrė įvairius mechaninio įtempimo problemos sprendimus.

Mechaninių įtempių svarba gali būti plati. Jie gali atlikti pagrindinį vaidmenį kuriant naujus kūno planus evoliucijos metu. Tyrimo rezultatai buvo paskelbti žinomame žurnale Nature ir suteikia gilių įžvalgų apie embriono vystymosi biofizinius mechanizmus.

Gastruliacija ir morfogenezė

Gastruliacija, morfogenetinis procesas, sukelia erdvinį blastomerų organizavimą į tris gemalo sluoksnius (ektodermą, mezodermą, endodermą). Šiam procesui būdingas vidinis tam tikrų ląstelių restruktūrizavimas iš išorinio sluoksnio, kuris pasiekiamas keičiantis ląstelės formai, ypač susitraukiant viršūnėje. Drosofiloje mezodermos ir endodermos invaginacija vyksta kaip kolektyviniai audinių vienetai, o ne kaip atskiros ląstelės.

Norint suprasti šiuos procesus, svarbiausia yra specifinių signalizacijos komponentų, tokių kaip morfogenas Spätzle, kuris nustato transkripcijos veiklos gradientą, vaidmuo. Dėl to pasireiškia sulankstyta gastruliacija ir T48. Šie veiksniai yra labai svarbūs viršūnės formos pokyčiams, reikalingiems gastruliacijai. Aktinai ir miozinas 2 yra pagrindiniai baltymai, kontroliuojantys ląstelių susitraukimo savybes, taip skatinant audinių formavimo funkciją.

Kitas įdomus atradimas yra tas, kad mechaninis grįžtamasis ryšys turi įtakos ląstelių formai ir elgesiui gastruliacijos metu. Tai atsiranda dėl įtampos, kontroliuojančios miozino 2 organizaciją ir susitraukimo jėgą. Tokia dinamika yra labai svarbi norint išlaikyti audinių vientisumą ir skatinti koordinuotus morfogenetinius judesius.