Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойФизикаНезнакомец, чем трение: невидимая сила, порождающая жизнь

Незнакомец, чем трение: невидимая сила, порождающая жизнь

- Advertisement -

Новое исследование показывает, что ооциты асцидии используют внутреннее трение, чтобы претерпевать изменения в развитии после зачатия, проводя интересную параллель с глиной, которую гончар лепит. Асцидии, или асцидии, служат ключевыми моделями для понимания развития позвоночных, имея сходство с людьми. Фото: SciTechDaily.com

Ученые изучают, как силы трения способствуют развитию морского организма.

Когда гончар работает на прялке, трение между его руками и мягкой глиной помогает ему придавать ей всевозможные формы и творения. Интересная параллель: ооциты асцидии (незрелые яйцеклетки) используют трение внутри различных отделов своей внутренней части, чтобы претерпевать изменения в развитии после зачатия. Исследование группы Гейзенберга из Австрийского института науки и технологий (ISTA), опубликованное в журнале Физика природытеперь описывает, как это работает.

Морские асцидии, прикрепленные к рифу. Морской организм — прекрасная модель для изучения процессов развития позвоночных.

Разнообразная морская жизнь: мир морских брызг

Море полно захватывающих форм жизни. От водорослей и разноцветных рыбок до морских улиток и асцидий — под водой открывается совершенно другой мир. В частности, асцидии или асцидии очень необычны: после стадии свободно перемещающейся личинки личинка оседает, прикрепляется к твердым поверхностям, таким как камни или кораллы, и у нее развиваются трубки (сифоны), что является их определяющей особенностью. Хотя во взрослом возрасте они выглядят как резиновые капли, они являются наиболее близкими родственниками беспозвоночных человека. Морские асцидии удивительно похожи на нас, особенно на личиночных стадиях.

Поэтому асцидии часто используются в качестве модельных организмов для изучения раннего эмбрионального развития. позвоночные животные к которым принадлежат люди. «Хотя асцидии демонстрируют основные особенности развития и морфологические особенности позвоночных, они также обладают клеточной и геномной простотой, типичной для беспозвоночные», — объясняет Карл-Филипп Гейзенберг, профессор Австрийского института науки и технологий (ISTA). «Особенно личинка асцидий является идеальной моделью для понимания раннего развития позвоночных».

Исследователи пометили актиновый белок коры головного мозга актомиозина (слева, зеленое окрашивание) и миоплазмы (справа, синее окрашивание), чтобы визуализировать их движение после оплодотворения яйцеклетки. Когда кора актомиозина движется в нижней части яйцеклетки, она механически взаимодействует с миоплазмой, вызывая ее изгиб. Пряжки в конечном итоге превращаются в сжимающий полюс. Фото: © Кабальеро-Мансебо и др./Nature Physics

Последняя работа его исследовательской группы, опубликованная в Физика природы, теперь дает новое представление об их развитии. Полученные данные свидетельствуют о том, что при оплодотворении асцидийных ооцитов силы трения играют решающую роль в изменении формы и реорганизации их внутренней части, предвещая следующие шаги в каскаде их развития.

Расшифровка трансформации ооцитов

Ооциты – это женские половые клетки, участвующие в размножении. После успешного оплодотворения мужской спермой ооциты животных обычно подвергаются цитоплазматической реорганизации, изменяя их клеточное содержимое и компоненты. Этот процесс устанавливает план дальнейшего развития эмбриона. У асцидий, например, эта перетасовка приводит к образованию колоколообразного выступа — небольшого выступа или формы носа — известного как полюс сокращения (CP), где собираются необходимые материалы, способствующие созреванию эмбриона. Однако механизм, лежащий в основе этого процесса, неизвестен.

Формирование полюса сжатия. Микроскопический временной интервал изменения формы клеток в асцидийных ооцитах после оплодотворения: от неоплодотворенной яйцеклетки до инициации полюса сокращения, формирования полюса сокращения и поглощения полюса сокращения. Фото: © Кабальеро-Мансебо и др./Nature Physics

Группа ученых из ISTA, Университета Париж-Сите, CNRS, Королевского колледжа Лондона и Университета Сорбонны решила разгадать эту тайну. Для этого группа Гейзенберга импортировала взрослых асцидий с морской станции Роскоф во Франции. Почти все асцидии являются гермафродитами, поскольку производят как мужские, так и женские половые клетки. «В лаборатории мы держим их в резервуарах с морской водой в разновидность«Подходящий способ получения яйцеклеток и сперматозоидов для изучения их раннего эмбрионального развития», — говорит Сильвия Кабальеро-Мансебо, первый автор этого исследования и бывшая аспирантка лаборатории Гейзенберга.

Формирование полюса сжатия. Микроскопический временной интервал изменения формы клеток в асцидийных ооцитах после оплодотворения: от неоплодотворенной яйцеклетки (первое изображение слева) до инициации полюса сокращения (2-е и 3-е изображения слева) и формирования полюса сокращения (4-е изображение слева). Фото: © Кабальеро-Мансебо и др./Физика природы

Ученые микроскопически проанализировали оплодотворенные асцидийные ооциты и поняли, что они следовали за очень воспроизводимыми изменениями в форме клеток, приводящими к образованию полюса сокращения. Первое исследование исследователей было сосредоточено на актомиозиновой (клеточной) коре — динамической структуре, обнаруженной под клеточной мембраной в клетках животных. Состоящий из актиновых нитей и моторных белков, он обычно действует как движущая сила изменений формы клеток.

«Мы обнаружили, что когда клетки оплодотворяются, повышенное напряжение в коре актомиозина заставляет ее сокращаться, что приводит к ее движению (потоку), что приводит к первоначальным изменениям формы клетки», — продолжает Кабальеро-Мансебо. Однако потоки актомиозина прекращаются во время расширения полюса сокращения, что позволяет предположить, что за толчок ответственны дополнительные игроки.

Сильвия Кабальеро-Мансебо. Выпускник ISTA находит огромное удовольствие в разгадывании загадок природы и превращении их в повествования. Фото: © Надин Понциони/ISTA

Силы трения влияют на изменение формы ячейки

Ученые более внимательно изучили другие клеточные компоненты, которые могут играть роль в расширении полюса сжатия. При этом они наткнулись на миоплазму — слой, состоящий из внутриклеточных органелл и молекул (родственные формы которых обнаружены во многих яйцах позвоночных и беспозвоночных), расположенный в нижней части яйцеклетки асцидии. «Этот специфический слой ведет себя как эластичное твердое вещество — он меняет свою форму вместе с ооцитом во время оплодотворения», — объясняет Кабальеро-Мансебо.

Карл-Филипп Гейзенберг из Института науки и технологий Австрии (ISTA). Исследовательская группа клеточного биолога из ISTA изучает асцидий и рыбок данио и пытается понять, как неструктурированные скопления клеток трансформируются в сложные формы в ходе своего развития. Фото: © Надин Понциони/ISTA

Во время тока актомиозина в коре миоплазма складывается и образует множество складок за счет сил трения, возникающих между двумя компонентами. Когда движение актомиозина прекращается, силы трения также исчезают. «Это прекращение в конечном итоге приводит к расширению полюса сокращения, поскольку множественные складки миоплазмы превращаются в четко выраженный колоколообразный выступ», — добавляет Кабальеро-Мансебо.

Исследование дает новое понимание того, как механические силы определяют форму клеток и организмов. Это показывает, что силы трения имеют решающее значение для формирования и формирования развивающегося организма. Однако ученые только начинают понимать специфическую роль трения в эмбриональном развитии. Гейзенберг добавляет: «Миоплазма также очень интересна, поскольку она участвует и в других эмбриональных процессах асцидий. Будет очень интересно изучить необычные свойства этого материала и понять, какую роль они играют в формировании асцидий».

Ссылка: «Силы трения определяют цитоплазматическую реорганизацию и изменения формы асцидийных ооцитов при оплодотворении», Сильвия Кабальеро-Мансебо, Рушикеш Шинде, Мэдисон Болджер-Манро, Матильда Перуццо, Грегори Шеп, Ирен Стеккари, Дэвид Лабруз-Ариас, Ванесса Жеден, Джек Меррин , Эндрю Каллан-Джонс, Рафаэль Войтурье и Карл-Филипп Гейзенберг, 9 января 2024 г., Физика природы.
DOI: 10.1038/s41567-023-02302-1

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме