Mehāniskā spriedze mušu embrijos: evolūcijas atslēga?

Mehāniskā spriedze mušu embrijos: evolūcijas atslēga?

Pētnieku grupas no Hohenheimas universitātes un RIKEN centra Japānā ir veikušas visaptverošu pētījumu par mušu embriju mehānisko spriegumu. Šīs spriedzes rodas embrionālās attīstības laikā, kad šūnas un audi saduras. Tiem var būt nopietna ietekme uz dzīvnieku attīstību. Šajā pētījumā tika novērotas divas dažādas stratēģijas, lai kontrolētu šo spriedzi, kas rodas dažādās mušu sugās.

Pētījuma centrālais fokuss ir gastrulācija, izšķirošs attīstības posms, kurā no vienkāršiem šūnu slāņiem veidojas sarežģīti audi. Mehāniskais spriegums var izraisīt letālas deformācijas un malformācijas, kas apdraud morfoģenēzi. Jo īpaši augļu mušām (Drosophila melanogaster) tika konstatēts, ka pagaidu galvas vaga darbojas kā mehānisks savākšanas baseins. Ja šīs struktūras veidošanās ir nepareiza, rodas nopietnas malformācijas galvā un nervu sistēmā.

Dažādas stratēģijas, kā tikt galā ar spriedzi

Turpretim citas mušu sugas, piemēram, Chironomus riparius, ir izstrādājušas atšķirīgu stratēģiju: to šūnas dalās slīpi vai vertikāli, tādējādi samazinot spiedienu uz audu struktūru. Eksperimentālas izmaiņas šūnu dalīšanās orientācijā var nodrošināt normālu embriju attīstību. Šos rezultātus neatkarīgi apstiprināja darba grupa Max Planck institūtā Drēzdenē, un tie parāda, ka evolūcija ir radījusi dažādus risinājumus mehāniskā sprieguma problēmai.

Mehānisko spriegumu nozīme varētu būt tālejoša. Viņiem var būt galvenā loma jaunu ķermeņa plānu rašanās evolūcijas laikā. Pētījuma rezultāti tika publicēti slavenajā žurnālā Nature un sniedz dziļu ieskatu biofizikālajos mehānismos, kas darbojas embriju attīstībā.

Gastrulācija un morfoģenēze

Gastrulācija, morfoģenētisks process, rada blastomēru telpisko organizāciju trīs dīgļu slāņos (ektodermā, mezodermā, endodermā). Šim procesam ir raksturīga atsevišķu šūnu iekšējā pārstrukturēšana no ārējā slāņa, kas tiek panākta ar šūnu formas izmaiņām, īpaši apikālo kontrakciju. Drosofilā mezodermas un endodermas invaginācija notiek kā kolektīvas audu vienības, nevis kā atsevišķas šūnas.

Šo procesu izpratnes atslēga ir īpašu signalizācijas komponentu, piemēram, morfogēna Spätzle, loma, kas nosaka transkripcijas aktivitātes gradientu. Tas noved pie salocītas gastrulācijas un T48 izpausmes. Šie faktori ir būtiski apikālās formas izmaiņām, kas nepieciešamas gastrulācijai. Aktīni un miozīns 2 ir primārie proteīni, kas kontrolē šūnu saraušanās īpašības, tādējādi veicinot audu veidošanas funkciju.

Vēl viens interesants atklājums ir tāds, ka mehāniskā atgriezeniskā saite ietekmē šūnu formu un uzvedību gastrulācijas laikā. Tas notiek ar spriedzi, kas kontrolē miozīna 2 organizāciju un kontrakcijas spēku. Šādai dinamikai ir izšķiroša nozīme, lai saglabātu audu integritāti un veicinātu koordinētas morfoģenētiskās kustības.