Schlüsselereignisse in der Gastrulation. Bildnachweis: biology.kenyon.edu

(Phys.org) - Die frühe Embryonalentwicklung ist ein Wunder der Mechanik. Sein Unterschriftsschritt ist die Herstellung von drei Gewebeschichten - Mesoderm, Ektoderm und Endoderm - durch ein topologisches Manöver, das als Gastrulation bekannt ist. Während Ereignisse, die vor und nach diesem Stadium auftreten, in der Regel je nach Embryonenart im Takt ihrer eigenen Trommel ablaufen, ist die Invagination von externem Gewebe in internes Gewebe ein allgemein erkennbarer Vorgang. Ein kürzlich veröffentlichter Aufsatz von Brunet et. al. in Nature Communications hat jetzt wichtige konservierte Bewegungen in der Gastrulation mit spezifischen molekularen Wirkstoffen verknüpft, die die Ereignisse an den kritischen Gelenkpunkten auslösen.

Viele Gene haben die Entwicklung des Kurses durchlaufen und dies gilt auch für diejenigen, die an der frühen Entwicklung beteiligt sind. Es hat sich herausgestellt, dass die sich entwickelnden Zellen ohne ein funktionierendes Zytoskelett nicht über die Wirbelsäule verfügen, um Bewegungen auf der Skala des gesamten Embryos auszuführen. Brunet et al. al. zeigten, dass bei frühzeitiger Störung der Zytoskelettfunktion die Involution der sogenannten Ringzellen und die anschließende Gastrulation blockiert ist. Sie fanden auch heraus, dass die Expression des frühen mesodermalen Markergens ntl in diesen Ringzellen nicht aktiviert war.

Mit einer Bewegung, die Henry T. Browns klassischem 507 Mechanical Movements würdig wäre, injizierten die Forscher diesen Zellen winzige Magneten und starteten die Gastrulation, indem sie die Ringzellen mit externen Magneten trakten. Es wurde nicht nur eine normale Entwicklung fortgesetzt, sondern auch die Expression der normalen mesodermalen Markergene nachgewiesen. Die Forscher untersuchten dieses Phänomen sowohl bei Zebrafischen als auch bei Drosophila und konnten einen konservierten Signalweg mit dem Zelladhäsionsprotein B-Catenin herstellen. Sie glauben, dass dieses Protein mit doppelter Funktion als Mechanosensor fungiert, der auf Kräfte reagiert, die während der Gastrulation entstehen. Es wurde festgestellt, dass B-Catenin, wenn es phosphoryliert wird, von seiner Membranstelle in den Kern wandert, wo es die Gentranskription reguliert.

Während die direkte Quantifizierung der Kräfte, die an der Gastrulation beteiligt sind, schwierig ist, wurden kürzlich neue experimentelle Techniken entwickelt, um diese Kräfte indirekt abzuleiten. Durch Injizieren von fluoreszierenden Beschichtungen in spezielle Fluorkohlenstofföltröpfchen können Forscher jede Verformung messen, die an den Tröpfchen infolge von Zug- oder Druckkräften im umgebenden Gewebe auftritt. Der verwendete Fluorkohlenwasserstoff vermischt sich nicht mit Zellmembranlipiden, so dass die Tröpfchen intakt bleiben.

Es ist wahrscheinlich, dass hier mehrere Mechanismen beteiligt sind, obwohl die Autoren der Ansicht sind, dass die Phosphorylierung von B-Catenin kritisch sein könnte. Es kann mindestens bis in die Zeit der Zebrafisch-Drosophila-Divergenz oder bis vor 570 Millionen Jahren zurückreichen. Unzählige Phosphorylierungsereignisse treten kontinuierlich in der gesamten Zelle auf, und ein so kritisches Ereignis wie die Gastrulation eines dieser Ereignisse wäre ein großer Anspruch. Mit Techniken wie mikromagnetischen Traktoren und fluoreszierenden Fluorkohlenstoffliposomen können wir erwarten, dass die verborgenen Kräfte, die der Entwicklung zugrunde liegen, ihre Geheimnisse bald preisgeben.