Stanice embrija slušaju kako bi oblikovale ljudsko tijelo

Kao i svi složeni organizmi, svaki čovjek potječe od jedne stanice koja se množi kroz bezbrojne stanične diobe. Tisuće stanica koordiniraju se, kreću i vrše mehaničke sile jedna na drugu dok embrij poprima oblik.

Istraživači s njemačkog Instituta za dinamiku bioloških mreža (CIDBN) Sveučilišta u Göttingenu, Instituta Max Planck i Sveučilišta u Marburgu, otkrili su novi način na koji embrionalne stanice koordiniraju svoje ponašanje. To uključuje molekularne mehanizme koji su prethodno bili poznati samo iz procesa sluha. Istraživači pripisuju činjenicu da takve različite stanice koriste iste proteine ​​za dvije tako različite funkcije svom evolucijskom podrijetlu. Rezultati su objavljeni u časopisu Current Biology.

Interdisciplinarni istraživački tim koristio je neobičnu kombinaciju metoda iz razvojne genetike, istraživanja mozga, istraživanja sluha i teorijske fizike, kako bi došao do iznenađujućeg otkrića u staničnoj komunikaciji. Otkrili su da u tankim slojevima kože stanice registriraju pokrete susjednih stanica i sinkroniziraju vlastite sitne pokrete s pokretima drugih.

Skupine susjednih stanica tako se privlače većom silom. Zahvaljujući svojoj visokoj osjetljivosti, stanice se vrlo brzo i fleksibilno koordiniraju jer su te suptilne sile najbrži signali koji putuju kroz embrionalno tkivo. Kada su stanice genetski lišene sposobnosti da "slušaju", cijelo se tkivo promijenilo i razvoj je odgođen ili je potpuno propao.

Istraživači su integrirali staničnu koordinaciju u računalne modele tkiva. Ti su modeli pokazali da "šaputanje" među susjednim stanicama dovodi do isprepletene koreografije cijelog tkiva i štiti ga od vanjskih sila. Oba učinka potvrđena su video snimkama embrionalnog razvoja i daljnjim eksperimentima.

"Koristeći metode umjetne inteligencije i računalno potpomognutu analizu, uspjeli smo ispitati oko stotinu puta više staničnih parova nego što je prije bilo moguće u ovom području", objašnjava dr. Matthias Häring, voditelj grupe u CIDBN-u i koautor studije. "Ovaj pristup velikim podacima daje našim rezultatima visoku razinu točnosti potrebnu za pouzdano istraživanje ovih osjetljivih interakcija između stanica."

Mehanizmi otkriveni u embrionalnom razvoju već su bili poznati u procesu sluha. Na primjer, kada se čuju vrlo tihi zvukovi, stanice dlačica u uhu, koje pretvaraju zvučne valove u živčane signale, reagiraju na sitne mehaničke pokrete. Na pragu sluha, stanične izbočine savijaju se na udaljenostima od samo nekoliko 'atomskih promjera'.

Uho je toliko osjetljivo zbog posebnih proteina koji pretvaraju mehaničke sile u električne struje. Do sada gotovo nitko nije sumnjao da takvi senzori sile također igraju važnu ulogu u embrionalnom razvoju. U načelu, to je moguće jer svaka stanica u tijelu nosi genetske nacrte za sve proteine ​​i može ih koristiti po potrebi.

Fenomen bi također mogao pružiti uvid u to kako se razvila percepcija sile na staničnoj razini. "Evolucijsko podrijetlo ovih proteina ionskih kanala osjetljivih na silu vjerojatno leži u našim jednostaničnim precima, koje dijelimo s gljivama i koji su se pojavili mnogo prije nastanka životinjskog života", objašnjava profesor Fred Wolf, direktor CIDBN-a i koautor studije. "Ali tek se evolucijom prvih životinja pojavila trenutna raznolikost ove vrste proteina."

Budući rad trebao bi utvrditi je li izvorna funkcija ovih staničnih nanostrojeva bila percipirati sile unutar tijela, a ne, kao kod sluha, percipirati vanjski svijet.