Mechanizmy kurczliwości we wczesnym okresie zarodkowym
Na etapie wczesnego rozwoju, blastocysta składa się z warstwy nabłonkowej, w której mieści się węzeł zarodkowy, dający początek wszystkim tkankom zarodka. Umiejscowienie blastomerów na powierzchni lub wewnątrz zarodka determinuje ich późniejsze różnicowanie się odpowiednio do trofektodermy lub węzła zarodkowego. Kontakty komórka-komórka przyczyniają się do ekspresji genów pluripotencjalnych, natomiast błona szczytowa promuje geny trofektodermy poprzez mechanizm, który nie jest jeszcze do końca poznany. Po podziale do stadium 16-komórkowego, jedynie blastomery, z których ma powstać węzeł zarodkowy w dalszym ciągu wykazują znaczne okresowe kurczenie. Takie rozbieżne zachowanie siostrzanych komórek sugeruje asymetrię w podziale komponentów aparatu kurczliwego. Aby lepiej zbadać to zjawisko, naukowcy realizujący projekt MECHACOMPA (Mechanics of compaction in the mouse pre-implantation embryo) przeanalizowali funkcjonalny związek pomiędzy białkami apikalnymi a kurczliwością. Dokładne badanie domeny apikalnej wykazało niski poziom aktyny i miozyny, co oznacza, że jest ona domeną niskiej kurczliwości. Kiedy jest dziedziczona tylko przez jedną komórkę córkę, generuje różną kurczliwość siostrzanych blastomerów i może tłumaczyć różne umiejscowienie w zarodku. Aby zbadać, czy różnice kurczliwości są odpowiedzialne za miejscowienie prekursorów węzła zarodkowego, naukowcy z projektu MECHACOMPA zmieszali blastomery, które zmodyfikowano tak, aby miały różną kurczliwość. Zaobserwowali, że kurczliwość była wystarczająca, aby kontrolować umiejscowienie komórek w zarodku przez zagnieżdżeniem. Wgląd w mechanizm tego zjawiska zapewnił trójwymiarowy model stadium 16-komórkowego, w którym znajdowały się komórki o różnej kurczliwości. Model doskonale odwzorował kształty i ruchy zaobserwowane w czasie eksperymentów i na jego podstawie przewidziano, że internalizacja miała miejsce za każdy razem, gdy napięcie blastomeru było 1,5 razy wyższe niż napięcie sąsiadujących odpowiedników. To ilościowe przewidywanie zostało następnie potwierdzone i zbadane eksperymentalnie. Co ciekawe, zaburzenia kurczliwości miały wpływ nie tylko na internalizację, ale również specjalizację losową komórek, które przyjmowały los tkanek zarodkowych. Naukowcy wysnuli przypuszczenie, że związek między kurczliwością, umiejscowieniem i losem blastomerów może wynikać z pewnego rodzaju odpowiedzi na bodźce mechaniczne. Podsumowując, wyniki projektu MECHACOMPA dostarczyły zupełnie nowych dowodów na występowanie mechanizmów kontrolujących specjalizację losową komórek w zarodkach ssaków. Przybliża nas to o krok do poznania niezwykle złożonych początkowych etapów rozwoju zarodka.
Słowa kluczowe
Zarodek, węzeł zarodkowy, blastomer, MECHACOMPA, kurczliwość
