În primele ore ale dezvoltării unui embrion, milioane de celule trebuie să se organizeze și să dea naștere unui organism complex. Mult timp, cercetătorii au crezut că acest proces începe atunci când celulele se înghesuie suficient de mult unele lângă altele, făcând țesuturile mai compacte și mai rigide, potrivit Earth.
Un nou studiu publicat în revista „Nature Physics” sugerează însă că factorul decisiv este altul: forța cu care celulele se atașează unele de altele.
Cercetarea a fost realizată de o echipă de la Laboratorul European de Biologie Moleculară (EMBL) din Heidelberg, Germania, condusă de Nicoletta Petridou. Oamenii de știință au vrut să afle dacă adeziunea dintre celule are doar rolul de a menține țesuturile unite sau dacă influențează direct modul în care acestea se dezvoltă.
Pentru experimente, cercetătorii au folosit embrioni de pește-zebră, un model biologic frecvent utilizat deoarece embrionii sunt aproape transparenți și permit observarea directă a comportamentului fiecărei celule.
Embrionul este o aglomerare de celule aparent identice
La începutul dezvoltării, embrionul este doar o aglomerare de celule aparent identice. În doar câteva ore, acestea încep să se organizeze în straturi distincte și să capete funcții diferite, proces cunoscut sub numele de morfogeneză.
Până acum, oamenii de știință nu știau exact ce determină trecerea țesuturilor de la o stare fluidă, în care celulele se pot deplasa și reorganiza, la una mai rigidă și stabilă. Două explicații păreau plauzibile: densitatea celulelor și forța legăturilor dintre ele.
Noul studiu a reușit să separe pentru prima dată cele două efecte.
Cercetătorii au modificat densitatea celulelor fără a schimba puterea legăturilor dintre ele și au observat că acest lucru avea un impact redus asupra comportamentului țesutului. În schimb, atunci când au modificat forța de adeziune dintre celule, rezultatele au fost spectaculoase.
Țesuturile în care celulele se „țineau” mai strâns unele de altele deveneau mai stabile și mai organizate
Țesuturile în care celulele se „țineau” mai strâns unele de altele deveneau mai stabile și mai organizate, chiar dacă densitatea lor rămânea scăzută.
Mai mult, odată depășit un anumit prag al adeziunii, celulele au început să formeze structuri complexe. În interiorul țesutului au apărut cavități pline cu lichid, iar celulele s-au reorganizat în straturi ordonate, asemănătoare țesuturilor epiteliale care căptușesc organe precum intestinul.
Un aspect remarcabil este că această transformare nu a necesitat modificări genetice suplimentare și nici semnale chimice noi. Simplul fapt că celulele s-au atașat mai puternic unele de altele a fost suficient pentru a declanșa reorganizarea lor.
Pentru a controla cu precizie acest proces, echipa a dezvoltat instrumente activate de lumină. Astfel, cercetătorii puteau crește sau reduce forța de adeziune dintre celule prin simpla iluminare a anumitor regiuni ale embrionului.
Formarea corpului nu este controlată doar de gene și de semnalele chimice
Rezultatele sugerează că proprietățile fizice ale țesuturilor joacă un rol mult mai important în dezvoltarea organismului decât se credea până acum.
Descoperirea ar putea avea implicații care depășesc embriologia. Procese similare apar atunci când celulele canceroase își pierd capacitatea de a rămâne unite și se răspândesc în organism. De asemenea, înțelegerea acestor mecanisme ar putea contribui la dezvoltarea unor metode mai eficiente de creare a țesuturilor artificiale în laborator.
Autorii studiului consideră că formarea corpului nu este controlată doar de gene și de semnalele chimice, ci și de proprietățile fizice ale celulelor. Cu alte cuvinte, primele instrucțiuni care stau la baza construirii unui organism par să fie scrise atât de biologie, cât și de fizică.
Ştiri video recomandate
