Tensiuni mecanice în embrionii de muște: o cheie a evoluției?

Tensiuni mecanice în embrionii de muște: o cheie a evoluției?

Echipele de cercetare de la Universitatea din Hohenheim și Centrul RIKEN din Japonia au efectuat un studiu cuprinzător al stresului mecanic la embrionii de muște. Aceste tensiuni apar în timpul dezvoltării embrionare când celulele și țesuturile se ciocnesc. Ele pot avea efecte grave asupra dezvoltării animalelor. În acest studiu, au fost observate două strategii diferite pentru controlul acestor tensiuni produse la diferite specii de muște.

Un obiectiv central al cercetării este gastrulația, o etapă crucială de dezvoltare în care țesuturile complexe sunt formate din straturi celulare simple. Tensiunile mecanice pot provoca deformari fatale si malformatii care pun in pericol morfogeneza. La muștele de fructe (Drosophila melanogaster), în special, s-a constatat că o brazdă temporară a capului funcționează ca un bazin de colectare mecanic. Dacă formarea acestei structuri este incorectă, apar malformații grave ale capului și ale sistemului nervos.

Diferite strategii pentru a face față tensiunii

În schimb, alte specii de muște, cum ar fi Chironomus riparius, au dezvoltat o strategie diferită: celulele lor se divid oblic sau vertical, reducând astfel presiunea asupra structurii țesuturilor. Modificările experimentale în orientarea diviziunilor celulare pot asigura dezvoltarea embrionară normală. Aceste rezultate au fost confirmate independent de un grup de lucru de la Institutul Max Planck din Dresda și arată că evoluția a produs diverse soluții la problema stresului mecanic.

Importanța tensiunilor mecanice ar putea fi de mare anvergură. Ele pot juca un rol cheie în apariția de noi planuri corporale în timpul evoluției. Rezultatele cercetării au fost publicate în renumita revistă Nature și oferă perspective profunde asupra mecanismelor biofizice care lucrează în dezvoltarea embrionară.

Gastrulația și morfogeneza

Gastrularea, un proces morfogenetic, determină organizarea spațială a blastomerelor în cele trei straturi germinale (ectoderm, mezoderm, endoderm). Acest proces se caracterizează prin restructurarea internă a anumitor celule din stratul exterior, care se realizează prin modificări ale formei celulelor, în special prin contracția apicală. La Drosophila, invaginarea mezodermului și endodermului are loc ca unități de țesut colective, nu ca celule individuale.

O cheie pentru înțelegerea acestor procese este rolul componentelor specifice de semnalizare, cum ar fi morfogenul Spätzle, care stabilește un gradient în activitatea transcripțională. Aceasta duce la exprimarea gastrulației pliate și a T48. Acești factori sunt cruciali pentru modificările formei apicale necesare pentru gastrulație. Actinele și miozina 2 sunt proteinele primare care controlează proprietățile contractile ale celulelor, promovând astfel funcția de sculptare a țesuturilor.

O altă descoperire interesantă este că feedback-ul mecanic influențează forma și comportamentul celulelor în timpul gastrulației. Acest lucru are loc prin tensiunea care controlează organizarea și forța contractilă a miozinei 2. O astfel de dinamică este crucială pentru menținerea integrității țesuturilor și promovarea mișcărilor morfogenetice coordonate.