Molekularno-mehanski zemljevidi usode

Razvoj zarodka predstavlja kompleksen, a robusten proces, ki ga usmerjajo različni signali. Načeloma imamo pri tem v mislih molekulske signale. Raziskovalki z univerze v Cambridgeu pa sta opisali primer mehanizma, pri katerem na izražanje genov med določeno fazo embrionalnega razvoja vplivajo mehanski premiki tkiv. Raziskavo sta objavili v neprofitni reviji eLife.

Pod drobnogled sta vzeli signalno pot, imenovano notch, v vinski mušici, ki je tekom razvoja pomembno vpeta v regulacijo genskega izražanja. Pri vinski mušici je notch med drugim aktiven tekom cele gastrulacije. Gre za fazo embrionalnega razvoja, v katerem se s celičnimi migracijami in premiki vzpostavijo tri osnovne zarodne plasti. Iz vsake izmed njih se oblikuje točno določen nabor tkiv in pozneje organov, potrebnih za razvoj funkcionalnega organizma. Gastrulacija se začne s krčenjem mezodermalnih celic na točno določeni poziciji. S tem celice sprožijo ugrezanje dela razvijajočega zarodka, to pa med drugim vodi v definiranje prej omenjenih zarodnih plasti.

Celice se v poteku gastrulacije tako kot v drugih embrionalnih fazah odzivajo na različne zunanje signale preko signalnih poti, kakršna je tudi že omenjena notch. Vezava signalne molekule na notch receptor povzroči spremenjeno izražanje genov. Poleg molekularnih signalov so celice izpostavljene tudi različnim mehanskim dražljajem. Pretekle raziskave so že pokazale, da spremembe v celični obliki lahko vplivajo na izražanje genov. A zaenkrat je o tem, kako takšni mehanski faktorji vplivajo na usmerjanje celičnih usod v razvoju embrijev, malo znanega.

Raziskovalki sta z merjenjem izražanja genov, odvisnih od signalne poti notch, opazili, da se nivo izražanja skoraj podvoji kot odziv na začetek ugrezanja zarodka v fazi gastrulacije. Da bi preverili, ali gre res za mehanski vpliv ugrezanja na povečanje izražanja, sta izvedli različne genske manipulacije, s katerimi sta tako ali drugače ugrezanje zamaknili ali preprečili. Ko sta ugrezanje blokirali, do sprememb v izražanju genov ni prišlo. Če pa sta ugrezanje le časovno zamaknili, se je z zamikom pojavilo tudi povečano izražanje. V nadaljevanju raziskave sta ugotovili, da ugrezanje vpliva tudi na izražanje genov, neodvisnih od notch, vendar v manjši meri. To nakazuje, da gastrulacija vpliva na spremembo izražanja genov neodvisno od aktivacije notch signalne poti in da gre torej za splošnejši mehanizem.

Obstaja vse več dokazov, da togost okoliškega medija in mehanske sile vplivajo na usodo celičnih diferenciacij. Avtorici zaključita, da je embrionalni razvoj treba razumeti v kontekstu kompleksnega sklapljanja molekularnih in mehanskih signalov s transkriptomsko aktivnostjo. Takšno sklapljanje tvori molekularno-mehanske zemljevide usode, ki usmerjajo celice v organizmu do njihove končne delovne postaje.

Da je vse še kompleksnejše, kot mislimo, je spet ugotavljala Ela.