Mechanické napätie v embryách múch: kľúč k evolúcii?

Mechanické napätie v embryách múch: kľúč k evolúcii?

Výskumné tímy z University of Hohenheim a RIKEN Center v Japonsku vykonali komplexnú štúdiu mechanického namáhania v embryách múch. Tieto napätia vznikajú počas embryonálneho vývoja, keď sa bunky a tkanivá zrazia. Môžu mať vážne účinky na vývoj zvierat. V tejto štúdii boli pozorované dve rôzne stratégie na kontrolu týchto napätí produkovaných v rôznych druhoch múch.

Ťažiskom výskumu je gastrulácia, rozhodujúca etapa vývoja, v ktorej sa z jednoduchých bunkových vrstiev tvoria zložité tkanivá. Mechanické namáhanie môže spôsobiť fatálne deformácie a malformácie, ktoré ohrozujú morfogenézu. Najmä u ovocných mušiek (Drosophila melanogaster) sa zistilo, že dočasná hlavová brázda funguje ako mechanická zberná nádrž. Ak je tvorba tejto štruktúry nesprávna, dochádza k závažným malformáciám hlavy a nervového systému.

Rôzne stratégie na zvládanie napätia

Naproti tomu iné druhy múch, ako napríklad Chironomus riparius, vyvinuli inú stratégiu: ich bunky sa delia šikmo alebo vertikálne, čím sa znižuje tlak na tkanivovú štruktúru. Experimentálne zmeny v orientácii bunkových delení môžu zabezpečiť normálny embryonálny vývoj. Tieto výsledky nezávisle potvrdila pracovná skupina v Inštitúte Maxa Plancka v Drážďanoch a ukazujú, že evolúcia priniesla rôzne riešenia problému mechanického namáhania.

Význam mechanického namáhania môže byť ďalekosiahly. Môžu hrať kľúčovú úlohu pri vzniku nových telesných plánov počas evolúcie. Výsledky výskumu boli publikované v renomovanom časopise Nature a poskytujú hlboký pohľad na biofyzikálne mechanizmy, ktoré fungujú pri embryonálnom vývoji.

Gastrulácia a morfogenéza

Gastrulácia, morfogenetický proces, prináša priestorové usporiadanie blastomérov do troch zárodočných vrstiev (ektoderm, mezoderm, endoderm). Tento proces je charakterizovaný vnútornou reštrukturalizáciou určitých buniek z vonkajšej vrstvy, ktorá sa dosahuje zmenami tvaru buniek, najmä apikálnou kontrakciou. U Drosophila sa invaginácia mezodermu a endodermu vyskytuje ako kolektívne tkanivové jednotky, nie ako jednotlivé bunky.

Kľúčom k pochopeniu týchto procesov je úloha špecifických signalizačných komponentov, ako je morfogén Spätzle, ktorý vytvára gradient v transkripčnej aktivite. To vedie k expresii zloženej gastrulácie a T48. Tieto faktory sú rozhodujúce pre zmeny apikálneho tvaru potrebné na gastruláciu. Aktíny a myozín 2 sú primárne proteíny, ktoré kontrolujú kontraktilné vlastnosti buniek, čím podporujú funkciu tvarovania tkaniva.

Ďalším zaujímavým objavom je, že mechanická spätná väzba ovplyvňuje tvar a správanie buniek počas gastrulácie. K tomu dochádza napätím, ktoré riadi organizáciu a kontraktilnú silu myozínu 2. Takáto dynamika je rozhodujúca pre udržanie integrity tkaniva a podporu koordinovaných morfogenetických pohybov.