• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Biologi
    Cellmodell avslöjar dynamisk karaktär hos segmenteringsklockan som driver kotbildningen

    Som ett pärlband, ryggraden är gjord av en serie liknande kotor. En så kallad segmenteringsklocka skapar detta repetitiva arrangemang för att utveckla embryon:Varje gång klockan tickar, en kota börjar bildas.

    I en tidning publicerad 21 september in Cell , Harvard Medical School genetikprofessor Olivier Pourquié – vars labb upptäckte segmenteringsklockan för 20 år sedan – och kollegor rapporterar att de använde musceller för att rekonstruera en stabil version av detta urverk för första gången i en petriskål, leder till flera nya upptäckter om var klockan finns, vad som får det att ticka och hur kotpelaren tar form.

    Teamets insikter belyser inte bara normal utveckling av ryggradsdjur utan kan också leda till förbättrad förståelse för mänskliga ryggradsdefekter som skolios, sa Pourquié, som också är Harvard Medical School Frank Burr Mallory professor i patologi vid Brigham and Women's Hospital och en huvudfakultetsmedlem i Harvard Stem Cell Institute.

    Forskarna fann att segmenteringsklockan ligger stilla i enskilda embryonala celler som ger upphov till kotorna, klickar sedan på alla på en gång, kollektivt, när cellerna når en kritisk massa.

    Forskarna upptäckte vidare att klockan styrs av två signaler, Notch och Yap, som skickas och tas emot av dessa celler.

    På egen hand, de hittade, Notch får klockan att ticka genom att utlösa cellsvängningar som släpper instruktioner för att bygga strukturer som i slutändan kommer att bli kotor. Men Notch är inte den enda signalen i stan.

    Vågor av kotbyggande signaler pulserar utåt i musceller som efterliknar ett utvecklande embryo. Kredit:Pourquié lab

    Det visar sig att cellernas Yap-prat bestämmer mängden Notch som krävs för att aktivera segmenteringsklockan. Om Yap är mycket låg, då går klockan av sig själv. Om Yap-nivåerna är "medium, sa Pourquié, då behövs Notch för att starta klockan. Och om Yap-nivåerna är höga, även en hel del Notch kommer inte att övertyga klockan att ticka. Forskare kallar detta en excitabilitetströskel.

    "Om du stimulerar systemet lite, ingenting händer. Men om du stimulerar det lite mer och passerar tröskeln, då har systemet en mycket stark respons, " förklarade Pourquié.

    Forskarna har en teori om att segmenteringsklockan fungerar som andra exciterbara biologiska system som kräver att vissa trösklar uppfylls innan en handling utlöses, såsom nervceller som avfyras och kalciumvågor som färdas över hjärtceller.

    "Det finns förmodligen likheter i de underliggande kretsarna, sa Pourquié.

    Forskarna blev förvånade när de upptäckte att de kunde stoppa och starta om segmenteringsklockan på flera sätt - fysiskt, genom att separera och återaggregera cellerna, och kemiskt, med ett Yap-blockerande läkemedel.

    "Under många år, vi har försökt förstå urverket som ligger bakom dessa svängningar, ", sa Pourquié. "Nu har vi ett bra teoretiskt ramverk för att förstå vad som genererar dem och för att hjälpa oss att göra och testa fler hypoteser."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com