Meyve sineklerinin incelenmesi doğum kusurlarına ışık tutuyor

Meyve sineğinin kanatları doğru şekle girmezse sinekler ölür. UC Riverside araştırmacıları, sinek embriyo hücrelerinin ihtiyaç duydukları şekilde nasıl geliştiklerini öğrenerek insan evrimine ve doğum kusurlarına yönelik potansiyel tedavilere bir pencere açtı.

Biyologlar genellikle tek tek hücrelerin bölümlerini inceleyerek doku gelişimini incelerler. Buna karşılık, UCR ekibi birlikte çalışan birçok hücreyi simüle etmek için Kaliforniya'daki en güçlü süper bilgisayarlardan bazılarını kullandı.

Ekip hücrelerin elastikiyeti ve sıvı basıncı gibi mekanik özelliklerini inceledi. Ayrıca kanat diski olarak adlandırılan bir grup farklı hücre tipinin nasıl bölündüğünü ve sonunda kanat dokusuna dönüştüğünü de incelediler. Onların bulguları: Menteşe Nature Communications dergisinde.

UCLA'nın seçkin matematik profesörü ve çalışmanın eşbaşkan yazarı Mark Alper, “Yüzlerce hücre tasarladık ve bunların birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğini anlamaya çalıştık, bu örnekte meyve sineğinin kanadıydı” dedi.

Notre Dame Üniversitesi'nden biyomühendisler ve kantitatif biyologlarla yakın işbirliği içinde çalışan araştırmacılar, gelişimin ilk aşamalarında kanat diskinin düzgün bir şekilde kavisli olduğunu gördüler. Ancak daha sonraki aşamalarda üst kısım eğriliğini korurken alt kısım düzleşir.

“Disk, kesit görünümünde düz bir şey olarak başlar ve daha sonra gökkuşağına benzer bir şekle dönüşür, daha sonra üst kısım şeklini korur, ancak orta alt kısım düzleşir, böylece bir üst ve bir alt kısmımız olur. değişmiyor” diyen doktora öğrencisi Jennifer Rangel Ambriz, UCI'de matematik alanında çalışan ve makalenin ortak yazarlarından “Artık birbirlerini yansıtıyorlar” dedi.

Rangel Ambriz, “Neden böyle göründüklerini anlamak istedik, çünkü evrim düzgün bir şekilde gerçekleşmeseydi sinekler uçmaz veya hayatta kalamazdı.” dedi.

Grup, aktomiyosin adı verilen hücre altı bir yapının, özellikle alt kanat diskinin düzleşmesi olmak üzere gelişim sürecinin çoğunu yönlendirdiğini buldu. Bu yapı, hücrelerin ne kadar sert veya uzun olduğunu etkileyen dinamik bir aktin lifleri ağıdır.

Hücre bölünmesi ve büyümesi sırasında astomiyosin, kanat diskini oluşturan hücrelerin şekillerini etkilemek için farklı hücrelerin çekirdeklerini ileri geri iter.

Rangel Ambriz, “Bir hücrenin bölünmesi için çekirdeğin hücrenin üst bölgesine doğru hareket etmesi gerekir ve bunu aktomiyosin ağına dayanarak yapar” dedi. “Diş macunu tüpüne vurulan yumruk gibi. Dibini sıktığınızda her şey yukarı çıkar.”

Actomyosin ayrıca hücre dışı matris veya kollajenden oluşan ECM adı verilen önemli bir bileşene de bağlanır. Kanat diskindeki hücreler ECM'ye yapışarak, özellikle hücreler bölünürken birbirlerinden ayrılmalarını önler. ECM'nin göreceli esnekliği veya sertliği de doku şekli ve gelişimi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.

Araştırmacılar ileriye doğru hareket ederek aktomiyosini etkileyen genetik ve kimyasal sinyalleri daha iyi anlamayı umuyorlar. Hücrelerdeki basınç ve membran yüzey gerilimi gibi mekanik faktörler de doku şeklini etkilerken, çeşitli kimyasal sinyaller de muhtemelen önemli bir rol oynamaktadır.

Bu proje, Alber'in baş araştırmacısı olduğu Ulusal Bilim Vakfı'nın yanı sıra Kaliforniya Üniversitesi'nden ortak araştırmacılar Weitao Chen, Jeremiah Zartman ve UND'den Alexander Dowling'in sağladığı bir hibe ile finanse ediliyor. Ekip, hasarlı dokuların normal işlevlerine kavuşturulmasına yardımcı olacak mekanizmaları belirleme hedefine ulaşmak için çalışıyor.

Alper, “Embriyoda bir hücreyi, hatta birkaç hücreyi kesseniz bile doku olması gerektiği gibi gelişmeye devam ediyor” dedi. “Doku gelişimini etkileyen faktörler hakkında artık bildiklerimiz, meyve sineklerinin ötesinde uygulamalara sahip olabilir ve insanlarda veya hayvanlarda doku yenilenmesini sağlayabilir.”

Ekip ayrıca bulgularının insan dokusu oluşumundaki kusurları düzeltmek için de kullanılabileceğini umuyor.

Rangel Ambriz, “Sinek modellerimiz, doku gelişimini kontrol eden faktörleri belirli genlere bağlamamıza, belirli doğum kusurlarını teşvik eden faktörleri tanımlamamıza ve sonuçta bunları yeniden programlamamıza veya düzeltmemize olanak sağlayabilir” dedi.