Cellemodellen afslører dynamisk karakter af segmenteringsuret, der driver hvirvler

Som en perlerække, rygsøjlen er lavet af en række lignende ryghvirvler. Et såkaldt segmenteringsur skaber dette gentagne arrangement ved udvikling af embryoner:Hver gang uret tikker, en hvirvel begynder at danne sig.

I et papir udgivet 21. september i Celle , Harvard Medical School genetikprofessor Olivier Pourquié - hvis laboratorium opdagede segmenteringsuret for 20 år siden - og kolleger rapporterer, at de brugte museceller til at rekonstruere en stabil version af dette urværk for første gang i en petriskål, fører til flere nye opdagelser om, hvor uret er placeret, hvad der får den til at krydse af, og hvordan ryghvirvlen tager form.

Teamets indsigt belyser ikke kun normal hvirveldyrsudvikling, men kan også føre til forbedret forståelse af menneskelige rygmarvsdefekter, såsom skoliose, sagde Pourquié, som også er Harvard Medical School Frank Burr Mallory professor i patologi ved Brigham og Women's Hospital og et hovedfakultetsmedlem ved Harvard Stem Cell Institute.

Forskerne fandt ud af, at segmenteringsuret ligger stille i individuelle embryonale celler, der giver anledning til hvirvlerne, klikker derefter på alt på én gang, samlet, når cellerne når en kritisk masse.

Forskerne opdagede yderligere, at uret styres af to signaler, Notch og Yap, der sendes og modtages af disse celler.

På egen hånd, de fandt, Notch starter uret med at tikke ved at udløse cellulære svingninger, der frigiver instruktioner om at bygge strukturer, der i sidste ende bliver hvirvler. Men Notch er ikke det eneste signal i byen.

Det viser sig, at cellernes Yap -chatter bestemmer mængden af ​​Notch, der kræves for at aktivere segmenteringsuret. Hvis Yap er meget lav, så kører uret af sig selv. Hvis Yap -niveauerne er "mellemstore, "sagde Pourquié, så er Notch nødvendig for at starte uret. Og hvis Yap -niveauerne er høje, selv en masse Notch vil ikke overbevise uret om at sætte kryds. Forskere kalder dette en excitabilitetstærskel.

"Hvis du stimulerer systemet lidt, intet sker. Men hvis du stimulerer det lidt mere og krydser tærsklen, så har systemet en meget stærk respons, "forklarede Pourquié.

Forskerne teoretiserer, at segmenteringsuret fungerer som andre spændende biologiske systemer, der kræver, at visse tærskler overholdes, før der udløses en handling, såsom neuroner, der affyrer og calciumbølger, der rejser hen over hjerteceller.

"Der er sandsynligvis ligheder i de underliggende kredsløb, "Sagde Pourquié.

Forskerne blev overraskede over at opdage, at de kunne stoppe og genstarte segmenteringsuret på flere måder - fysisk, ved at adskille og re-aggregere cellerne, og kemisk, med et Yap-blokerende lægemiddel.

"I mange år, vi har forsøgt at forstå urværket bag disse svingninger, "sagde Pourquié." Nu har vi en fantastisk teoretisk ramme til at forstå, hvad der skaber dem og til at hjælpe os med at lave og teste flere hypoteser. "