Under utvecklingen delar sig cellerna i ett embryo tills en fullt fungerande organism uppstår. En komponent i cellen är särskilt viktig under denna process:cellbarken. Detta fina nätverk av hårliknande filamentstrukturer (kallat aktin) strax under cellmembranet är den huvudsakliga bestämningsfaktorn för cellform och är involverad i nästan allt en cell gör, som att flytta, dela eller känna av sin miljö.

Ändå måste cortex först byggas av enstaka molekyler, och om den inte är byggd helt rätt, skulle cellerna i en organism aldrig komma till rätt plats för att utföra sina funktioner. Ett internationellt team av forskare från Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) i Dresden, Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems (MPI-PKS) och Cluster of Excellence Physics of Life (PoL) ) vid TU Dresden studerade bildandet av denna dynamiska cellcortex i rundmasken Caenorhabditis elegans.

De fann att tusentals dynamiska och kortlivade droppliknande kondensat som består av aktinfilament styr genereringen av en första cortex, vid den tidpunkt då en obefruktad äggcell övergår till ett embryo efter befruktning. Principerna som avslöjas i denna studie hjälper till att förstå hur bildandet av subcellulära strukturer kontrolleras.

Direkt efter att en äggcell har befruktats börjar bildandet av cellbarken och det tar cirka tio minuter tills den är färdigbildad. Cortex består av aktinfilament och motorproteiner, som är organiserade i ett tätt tvärbundet nätverk. Dynamiken i cortex härrör från motorproteiner som drar på aktinfilament och genererar spänningar som resulterar i kortikal spänning.

Denna kortikala spänning driver till exempel cellers form, deras förmåga att känna av sin omgivning och deras förmåga att utföra sina funktioner i våra kroppar. Dynamiken i cellbarken har studerats intensivt tidigare, men mekanismen genom vilken cellbarken först aktiveras direkt efter befruktning är okänd. Det är avgörande att förstå principerna bakom bildningen av cellbarken eftersom den är involverad i nästan alla funktioner i cellen, och felaktig kortikal organisation leder till en försämring av viktiga cellulära och utvecklingsprocesser.

Proteinkondensat har en kort livslängd och säkerställer korrekt utveckling

För att undersöka hur cellbarken aktiveras har ett tvärvetenskapligt team av forskare vid MPI-CBG, MPI-PKS och PoL studerat denna process i rundmasken C. elegans.

"Vi kunde observera hur aktin och de aktinkärnbildande proteinerna WSP-1 och ARP2/3 gick samman för att samlas till kondensat som bara varade i sekunder, bara för att demonteras direkt därefter. Dessa kondensat säkerställer att det finns rätt mängd aktinfilament och att de är anslutna på precis rätt sätt. För mig ligger skönheten i dessa strukturer, gjorda av starkt grenade aktinfilament, som en snöflinga, i vad deras dynamik lär oss om den okonventionella kemin hos levande materia," förklarar Arjun Narayanan , en av huvudförfattarna till studien och forskare i gruppen av Stephan Grill, direktör vid MPI-CBG.

Victoria Tianjing Yan, den andra huvudförfattaren, säger att de "utvecklade vår egen avbildnings- och bildanalysmetod, kallad massbalansavbildning, för att studera hur strukturen hos de kortlivade kondensaten växer och utvecklas." Under sina studier fann forskarna att interna kemiska reaktioner styr hur snabbt ett kondensat växer och när det krymper bort. Kortikala kondensat organiserar alltså sin egen livscykel på ett robust sätt, till stor del oberoende av deras yttre miljö.

Grill säger att de "drar slutsatsen att kondensatet i cellbarken representerar en ny typ av biomolekylärt kondensat som drivs av specifika kemiska reaktioner för att monteras och demonteras inom några sekunder. Vi föreslår att dessa kortlivade kondensat styr aktiveringen av cellbarken och den känsliga precisionen av dess växande arkitektur efter befruktning av C. elegans oocyt."

Frank Jülicher, direktör vid MPI-PKS och en annan övervakande författare, säger att "denna studie är ännu ett exempel på att överbrygga fysik och biologi här i Dresden. Vår interaktiva miljö med biologer och teoretiska fysiker tillsammans säkerställer nya tvärvetenskapliga tillvägagångssätt för att reda ut den biologiska fysiken. processer."

Forskningen publicerades i Nature . + Utforska vidare

Distinkta roller för myosiner i att "justera" cellformen för delning