Mekaniske sensorer hjælper med at koordinere celleorganisering under øjenudvikling

I en overraskende opdagelse med vigtige implikationer for udviklingsbiologi og regenerativ medicin, har RIKENs biologer lært, hvordan mekaniske kræfter styrer dannelsen af ​​øjnene i kyllingeembryoner. Deres forskning er publiceret i Science Advances .

Sund embryonal udvikling styres gennem det komplekse samspil mellem forskellige genetiske, kemiske og fysiske "instruktioner." Hos hvirveldyrs embryoner stammer det visuelle system fra en struktur kaldet den optiske vesikel. Dette dannes i den ene ende af neuralrøret, som er stamfader til hele nervesystemet.

Under normal udvikling strækker den optiske vesikel sig lateralt i begge retninger, og to øjne dannes i sidste ende ved enderne af disse fremspring. Når denne proces går skævt, kan de venstre og højre optiske vesikler ikke forlænges. I stedet smelter deres spidser sammen i midten af ​​ansigtet og danner et enkelt øje.

Fem forskere, alle ved RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research, satte sig for at opdage, hvordan funktionsfejl i et gen kaldet sonic hedgehog (SHH) bidrager til denne "cyclopia" fødselsdefekt.

Teamleder Yoshihiro Morishita bemærker, at hundredvis af artikler har afgrænset SHH's rolle i at regulere celleproliferation og -differentiering under udviklingen af ​​en lang række organer, inklusive øjnene. Men det er uklart præcist, hvordan SHH hjælper med at orkestrere dynamisk vævsdeformation for at danne organspecifikke morfologier.

For at undersøge dette sammenlignede holdet mønsteret af kollektiv cellebevægelse og dets bidrag til vævsdynamikken under øjenudvikling i raske kyllingeembryoner med embryoner behandlet med en SHH-hæmmer.

Til deres overraskelse lærte de, at SHH-signalering regulerer sansning og respons på fysisk kraft, og styrer retningen af ​​celleomlejring og bevægelse under det givne stressmiljø i forhjernens væv.

"Stressretningen varierer afhængigt af placeringen i vævet, hvilket igen ændrer retningen og graden af ​​forlængelse og krympning, hvilket resulterer i skabelsen af ​​den ønskede form," forklarer Morishita.

Når denne sansnings- og responsevne afbrydes af SHH-hæmmeren, ved de optiske vesikelceller ikke længere, hvor de skal hen, og de kan ikke gennemgå den laterale forgrening, der kræves for at producere et par funktionelle øjne.

Denne opdagelse er spændende af flere grunde. I betragtning af den fremtrædende rolle, SHH spiller i udviklingen af ​​mange organer, kan mekanisk sansning og respons være en langt vigtigere drivkraft for vævsorganisation og -dannelse end tidligere anerkendt. I forlængelse heraf kan "randomiseret cellulær adfærd på grund af tab af mekanosensation være en almindelig årsag til forskellige medfødte misdannelser," bemærker Morishita.

En dybere forståelse af denne mekanisme kunne også gavne forskere, der forsøger at rekapitulere organdannelse i laboratoriet som et værktøj til sygdomsforskning eller udvikling af transplanterbart væv. + Udforsk yderligere

Team afdækker de underliggende mekanismer for 3D-vævsdannelse