Mekaniske spenninger i flueembryoer: En nøkkel til evolusjon?

Mekaniske spenninger i flueembryoer: En nøkkel til evolusjon?

Forskningsteam fra University of Hohenheim og RIKEN-senteret i Japan har utført en omfattende studie av mekanisk stress i flueembryoer. Disse spenningene oppstår under embryonal utvikling når celler og vev kolliderer. De kan ha alvorlige effekter på dyrenes utvikling. I denne studien ble to forskjellige strategier for å kontrollere disse spenningene produsert i forskjellige fluearter observert.

Et sentralt fokus i forskningen er gastrulasjon, et avgjørende utviklingsstadium der komplekst vev dannes av enkle cellelag. Mekanisk stress kan forårsake dødelige deformasjoner og misdannelser som setter morfogenesen i fare. Spesielt hos fruktfluer (Drosophila melanogaster) ble det funnet at en midlertidig hodefure fungerer som et mekanisk oppsamlingsbasseng. Hvis dannelsen av denne strukturen er feil, oppstår alvorlige misdannelser i hodet og nervesystemet.

Ulike strategier for å håndtere spenninger

Derimot har andre fluearter, som Chironomus riparius, utviklet en annen strategi: cellene deres deler seg skrått eller vertikalt, og reduserer dermed trykket på vevsstrukturen. Eksperimentelle endringer i orienteringen av celledelinger kan sikre normal embryonal utvikling. Disse resultatene ble uavhengig bekreftet av en arbeidsgruppe ved Max Planck Institute i Dresden og viser at evolusjonen har produsert ulike løsninger på problemet med mekanisk stress.

Betydningen av mekaniske påkjenninger kan være vidtrekkende. De kan spille en nøkkelrolle i fremveksten av nye kroppsplaner under evolusjonen. Forskningsresultatene ble publisert i det anerkjente tidsskriftet Nature og gir dyp innsikt i de biofysiske mekanismene som virker i embryonal utvikling.

Gastrulasjon og morfogenese

Gastrulasjon, en morfogenetisk prosess, fører til romlig organisering av blastomerer i de tre kimlagene (ektoderm, mesoderm, endoderm). Denne prosessen er preget av den indre restruktureringen av visse celler fra det ytre laget, som oppnås gjennom endringer i celleform, spesielt apikale sammentrekning. Hos Drosophila skjer invaginasjon av mesoderm og endoderm som kollektive vevsenheter, ikke som individuelle celler.

En nøkkel for å forstå disse prosessene er rollen til spesifikke signalkomponenter som morfogenet Spätzle, som etablerer en gradient i transkripsjonsaktivitet. Dette fører til uttrykk for foldet gastrulation og T48. Disse faktorene er avgjørende for de apikale formendringene som kreves for gastrulering. Aktiner og myosin 2 er de primære proteinene som kontrollerer de kontraktile egenskapene til cellene, og fremmer derved vevsskulpturfunksjonen.

En annen interessant oppdagelse er at mekanisk tilbakemelding påvirker celleform og oppførsel under gastrulering. Dette skjer ved at spenningen kontrollerer organiseringen og kontraktilkraften til myosin 2. Slik dynamikk er avgjørende for å opprettholde vevsintegritet og fremme koordinerte morfogenetiske bevegelser.