Istraživači sa Sveučilišta California, Riverside (UC Riverside) otkrili su kako se stanice embrija muha razvijaju onako kako trebaju, otvarajući time nove mogućnosti za razumijevanje ljudskog razvoja i moguće tretmane za urođene mane. Ako se krila voćnih muha ne razviju pravilno, muhe će uginuti.

Biolozi često proučavaju razvoj tkiva analizirajući dijelove pojedinačnih stanica. Međutim, tim s UC Riverside koristio je neke od najmoćnijih superračunala u Kaliforniji kako bi simulirao rad mnogih stanica zajedno.

Tim je ispitivao mehanička svojstva stanica, poput njihove elastičnosti i tlaka unutar stanica. Također su proučavali kako se skupina različitih tipova stanica, nazvana "diska krila", dijeli i na kraju postaje tkivo krila. Njihova otkrića detaljno su opisana u časopisu Nature Communications.

“Modelirali smo stotine stanica, pokušavajući otkriti kako međusobno djeluju, u ovom slučaju kako bi postale krilo voćne muhe,” rekao je Mark Alber, ugledni profesor matematike na UC Riverside i suautor studije.

U bliskoj suradnji s bioinženjerima i kvantitativnim biolozima sa Sveučilišta Notre Dame, istraživači su otkrili da je u ranim fazama razvoja disk krila ravnomjerno zakrivljen. No u kasnijim fazama, vrh zadržava svoju zakrivljenost dok se dno izravnava.

“Disk, kada se promatra u presjeku, počinje kao nešto ravno što prelazi u oblik nalik na dugu. Kasnije, vrh zadržava taj oblik, dok se srednje dno izravnava, tako da više nemamo simetrične vrh i dno,” objasnila je Jennifer Rangel Ambriz, doktorandica matematike na UC Riverside i prva autorica rada.

“Željeli smo razumjeti što uzrokuje ovaj oblik, jer muhe neće letjeti niti preživjeti ako razvoj ne bude pravilno tekao,” dodala je Rangel Ambriz.

Grupa je otkrila da subcelularna struktura nazvana aktomiozin ima ključnu ulogu u procesu razvoja, posebno u izravnavanju donjeg dijela diska krila. Ova struktura je dinamična mreža aktinskih vlakana koja utječe na to koliko su stanice krute ili visoke.

Tijekom diobe i rasta stanica, aktomiozin gura jezgre različitih stanica naprijed-natrag kako bi utjecao na oblike pojedinačnih stanica koje čine disk krila.

“Da bi se stanica podijelila, jezgra se mora pomaknuti u gornji dio stanice, a to se događa zahvaljujući mreži aktomiozina,” rekla je Rangel Ambriz. “To je kao šaka na tubi paste za zube. Kada stisnete dno, sve se pomiče prema vrhu.”

Aktomiozin također povezuje ključnu komponentu zvanu izvanstanični matriks (ECM), koji se sastoji od kolagena. Stanice u disku krila prianjaju uz ECM, što ih sprječava da se previše udalje jedna od druge, osobito kada se stanice dijele. Relativna fleksibilnost ili krutost ECM-a također ima važan učinak na oblik i razvoj tkiva.

U budućnosti, istraživači se nadaju da će steći bolje razumijevanje genetskih i kemijskih signala koji utječu na aktomiozin. Dok mehanički faktori, poput tlaka i površinske napetosti membrane unutar stanica, također utječu na oblik tkiva, različiti kemijski signali vjerojatno igraju važnu ulogu.

Ovaj projekt financiran je putem granta Nacionalne zaklade za znanost, na kojem je Alber glavni istraživač, zajedno s ko-istraživačima Weitao Chenom s UC Riverside, i Jeremiah J. Zartmanom i Alexander Dowlingom sa Sveučilišta Notre Dame. Tim radi na postizanju cilja određivanja mehanizama koji pomažu u obnavljanju oštećenih tkiva na njihovu normalnu funkciju.

“U embriju, ako se odreže stanica ili čak nekoliko stanica, tkivo se i dalje razvija kako treba,” rekao je Alber. “Ono što sada znamo o faktorima koji utječu na razvoj tkiva moglo bi imati primjene izvan voćnih muha i omogućiti regeneraciju tkiva kod ljudi ili životinja.”

Tim se također nada da bi njihova otkrića mogla pomoći u ispravljanju defekata u ljudskom tkivu.

“Naši modeli muha mogli bi nam omogućiti povezivanje faktora koji kontroliraju razvoj tkiva sa specifičnim genima, identificiranje onih koji uzrokuju određene urođene mane i na kraju njihovu reprogramaciju ili ispravljanje,” rekla je Rangel Ambriz.

Izvor: University of California