Cómo dan forma los núcleos errantes a los embriones en desarrollo
ARRIBA: Un embrión de grillo (Gryllus bimaculatus) contraído, contraído con un cabello humano, con núcleos individuales iluminados SETH DONOUGHE
Primeros en el desarrollo, todos los embriones animales pasan por una etapa casi idéntica en la que forman un blastodermo, que es una bola hueca de unos pocos miles de células. A partir de esa bola hueca, las capas de células comienzan a plegarse en formas que se convertirán en diferentes partes del cuerpo. Aunque el comportamiento de las células y el patrón del embrión después de la etapa de blastodermo se conocen bien, la forma en que se crea el blastodermo sigue siendo un misterio desde hace mucho tiempo.
Ahora, un equipo de biólogos y matemáticos aplicados en la Universidad de Harvard en Massachusetts han desarrollado un marco para comprender los principios generales por los cuales los núcleos celulares se mueven y organizan durante las primeras etapas del desarrollo embrionario para formar el blastodermo. En su investigación, que se publicó el 6 de julio en Nature Communications, los investigadores hicieron predicciones específicas sobre cómo se formaría el blastodermo en una variedad de huevos de insectos y las validaron utilizando modelos matemáticos e imágenes de grillos en desarrollo (Gryllus bimaculatus).
Debido a que se sabía muy poco acerca de la formación del blastodermo en cualquier animal, pensé que lo mejor que podía hacer era tomar la perspectiva más imparcial posible y simplemente observar y registre los comportamientos reales, y pregunte qué patrones emergen, dice la bióloga del desarrollo evolutivo Cassandra Extavour, quien dirigió el estudio con el matemático aplicado Chris Rycroft. Imágenes 3D de lapso de tiempo de los embriones en desarrollo y encontraron que los núcleos de células que se multiplican en los embriones de grillo se mueven rápidamente para llenar el espacio vacío en el huevo. No se dividen ni se mueven al azar a través del huevo; más bien, es como si cada núcleo pudiera sentir la presencia de otros núcleos en su vecindario y reaccionar en consecuencia para evitar amontonarse entre sí.
A pesar de su enfoque en los grillos, queríamos entender realmente los principios generales de cómo los embriones se forman en toda una clase de diferentes especies de insectos, dice Rycroft.
Pensé que lo mejor que podía hacer era tomar la perspectiva más imparcial posible, y simplemente observar y registrar los comportamientos reales, y pregunte qué patrones emergen.
Cassandra Extavour, Universidad de Harvard
Los investigadores abordaron el estudio con dos hipótesis: que los núcleos podrían alejar a los vecinos cercanos y que cada núcleo experimenta una fuerza que lo aleja de otros núcleos y hacia el espacio vacío. Formalizaron estas dos hipótesis con modelos matemáticos e hicieron simulaciones por computadora de los embriones en desarrollo. En última instancia, la última hipótesis de que los núcleos son atraídos de alguna manera hacia los huevos que quedan en el espacio vacío coincidió mejor con sus observaciones. los investigadores ataron cabellos humanos alrededor de embriones de grillos, creando una constricción en el medio. Descubrieron que los núcleos tardaron en atravesar la constricción, pero luego se aceleraron hacia el espacio abierto del otro lado, un hallazgo que coincidía totalmente con las predicciones de sus modelos.
El dispositivo utilizado para contraer embriones con cabello humanoSETH DONOUGHE
Para mí, ese es un aspecto realmente emocionante e importante de este trabajo, dice Extavour. Generar un modelo que recapitule la biología no es en sí mismo evidencia de que el modelo está capturando los parámetros que son importantes en biología. Y así, fue genial encontrar al menos una forma de intentar falsificar el modelo y probar su realismo.
Entonces, ¿cómo perciben los núcleos el espacio que los rodea? Los investigadores plantean la hipótesis de que los microtúbulos se adhieren a cada núcleo, se autoensamblan y crecen hacia afuera, preferentemente tirando de los núcleos hacia el espacio vacío porque pueden crecer más en esa dirección.
Asegurarse de que los núcleos estén donde deben estar en el blastodermo sienta las bases para que todo el desarrollo posterior suceda correctamente, explica Stefano Di Talia, biólogo del desarrollo de la Universidad de Duke en Carolina del Norte que no trabajó en el estudio. Aún más importante, muchos de los mecanismos que tienen que ver con la formación del blastodermo son realmente cuestiones biológicas y biofísicas celulares fundamentales, como la forma en que el ciclo celular se coordina con las señales bioquímicas y las fuerzas mecánicas generadas por el citoesqueleto para posicionar las cosas correctamente. , dice.
Di Talia dice que la capacidad de los microtúbulos para colocar los núcleos en posición es una hipótesis fascinante y podría ser un mecanismo más general para explicar cómo se mueven las células durante el desarrollo y la morfogénesis. Creo que habrá muchas situaciones en las que los procesos impulsados por los microtúbulos controlarán el posicionamiento de los núcleos o los orgánulos, dice, y creo que los sistemas en los que realmente puedes aprender la biofísica de cómo funciona eso serán muy útiles. .