Mehanske napetosti v zarodkih muhe: ključ do evolucije?

Mehanske napetosti v zarodkih muhe: ključ do evolucije?

Raziskovalni skupini z Univerze v Hohenheimu in centra RIKEN na Japonskem sta izvedli obsežno študijo mehanskega stresa v zarodkih muhe. Te napetosti nastanejo med embrionalnim razvojem, ko celice in tkiva trčijo. Lahko resno vplivajo na razvoj živali. V tej študiji so opazili dve različni strategiji za nadzor teh napetosti, ki nastanejo pri različnih vrstah muh.

Osrednji poudarek raziskave je gastrulacija, ključna stopnja razvoja, v kateri nastanejo kompleksna tkiva iz preprostih celičnih plasti. Mehanska obremenitev lahko povzroči usodne deformacije in malformacije, ki ogrožajo morfogenezo. Zlasti pri vinskih mušicah (Drosophila melanogaster) je bilo ugotovljeno, da začasna brazda na glavi deluje kot mehanska zbiralna posoda. Če je tvorba te strukture nepravilna, pride do resnih malformacij v glavi in ​​živčnem sistemu.

Različne strategije za soočanje z napetostjo

Nasprotno pa so druge vrste muh, kot je Chironomus riparius, razvile drugačno strategijo: njihove celice se delijo poševno ali navpično in s tem zmanjšajo pritisk na strukturo tkiva. Eksperimentalne spremembe v orientaciji celičnih delitev lahko zagotovijo normalen embrionalni razvoj. Te rezultate je neodvisno potrdila delovna skupina na inštitutu Max Planck v Dresdnu in kažejo, da je evolucija ustvarila različne rešitve za problem mehanske obremenitve.

Pomen mehanskih obremenitev je lahko daljnosežen. Morda igrajo ključno vlogo pri nastanku novih telesnih načrtov med evolucijo. Rezultati raziskave so bili objavljeni v priznani reviji Nature in zagotavljajo globok vpogled v biofizične mehanizme, ki delujejo v embrionalnem razvoju.

Gastrulacija in morfogeneza

Gastrulacija, morfogenetski proces, povzroči prostorsko organizacijo blastomer v tri zarodne plasti (ektoderm, mezoderm, endoderm). Za ta proces je značilno notranje prestrukturiranje določenih celic iz zunanje plasti, kar dosežemo s spremembo celične oblike, zlasti apikalne kontrakcije. Pri Drosophili pride do invaginacije mezoderma in endoderma kot skupnih tkivnih enot, ne kot posameznih celic.

Ključ do razumevanja teh procesov je vloga specifičnih signalnih komponent, kot je morfogen Spätzle, ki vzpostavlja gradient v transkripcijski aktivnosti. To vodi do izražanja zložene gastrulacije in T48. Ti dejavniki so ključni za spremembe apikalne oblike, potrebne za gastrulacijo. Aktini in miozin 2 sta primarna proteina, ki nadzorujeta kontraktilne lastnosti celic in s tem spodbujata funkcijo oblikovanja tkiva.

Drugo zanimivo odkritje je, da mehanske povratne informacije vplivajo na obliko in obnašanje celic med gastrulacijo. To se zgodi z napetostjo, ki nadzoruje organizacijo in kontraktilno silo miozina 2. Takšna dinamika je ključna za ohranjanje celovitosti tkiva in spodbujanje usklajenih morfogenetskih gibanj.