Mekaniska spänningar i flugembryon: en nyckel till evolution?

Mekaniska spänningar i flugembryon: en nyckel till evolution?

Forskarlag från University of Hohenheim och RIKEN Center i Japan har genomfört en omfattande studie av mekanisk stress i flugembryon. Dessa spänningar uppstår under embryonal utveckling när celler och vävnader kolliderar. De kan ha allvarliga effekter på djurens utveckling. I denna studie observerades två olika strategier för att kontrollera dessa spänningar producerade i olika flugarter.

Ett centralt fokus i forskningen är gastrulation, ett avgörande utvecklingsstadium där komplexa vävnader bildas av enkla cellskikt. Mekanisk stress kan orsaka dödliga deformationer och missbildningar som äventyrar morfogenesen. I synnerhet hos fruktflugor (Drosophila melanogaster) fann man att en tillfällig huvudfåra fungerar som en mekanisk uppsamlingsbassäng. Om bildandet av denna struktur är felaktig uppstår allvarliga missbildningar i huvudet och nervsystemet.

Olika strategier för att hantera spänningar

Däremot har andra flugarter, som Chironomus riparius, utvecklat en annan strategi: deras celler delar sig snett eller vertikalt, vilket minskar trycket på vävnadsstrukturen. Experimentella förändringar i orienteringen av celldelningar kan säkerställa normal embryonal utveckling. Dessa resultat bekräftades oberoende av en arbetsgrupp vid Max Planck-institutet i Dresden och visar att evolutionen har producerat olika lösningar på problemet med mekanisk stress.

Betydelsen av mekaniska spänningar kan vara långtgående. De kan spela en nyckelroll i uppkomsten av nya kroppsplaner under evolutionen. Forskningsresultaten publicerades i den välrenommerade tidskriften Nature och ger djupa insikter om de biofysiska mekanismerna som fungerar i embryonal utveckling.

Gastrulation och morfogenes

Gastrulation, en morfogenetisk process, åstadkommer den rumsliga organisationen av blastomerer i de tre bakterielagren (ektoderm, mesoderm, endoderm). Denna process kännetecknas av den interna omstruktureringen av vissa celler från det yttre lagret, vilket uppnås genom förändringar i cellform, särskilt apikala sammandragning. I Drosophila sker invagination av mesoderm och endoderm som kollektiva vävnadsenheter, inte som individuella celler.

En nyckel för att förstå dessa processer är rollen av specifika signalkomponenter såsom morfogenen Spätzle, som etablerar en gradient i transkriptionsaktivitet. Detta leder till uttryck av veckad gastrulation och T48. Dessa faktorer är avgörande för de apikala formförändringarna som krävs för gastrulation. Aktiner och myosin 2 är de primära proteinerna som kontrollerar de kontraktila egenskaperna hos celler och därigenom främjar vävnadsskulptering.

En annan intressant upptäckt är att mekanisk återkoppling påverkar cellform och beteende under gastrulation. Detta sker genom att spänningar kontrollerar organiseringen och kontraktilkraften hos myosin 2. Sådan dynamik är avgörande för att upprätthålla vävnadsintegritet och främja samordnade morfogenetiska rörelser.