Una micrografia leggera di un embrione di pulcino. Il normale processo di sviluppo che produce una coppia funzionante di occhi posizionati simmetricamente nei vertebrati richiede un gene chiamato SHH. Credito:Michel Delarue, ISM/Libreria fotografica scientifica
In una sorprendente scoperta con importanti implicazioni per la biologia dello sviluppo e la medicina rigenerativa, i biologi RIKEN hanno appreso come le forze meccaniche guidano la formazione degli occhi negli embrioni di pulcino. La loro ricerca è pubblicata su Science Advances .
Un sano sviluppo embrionale è guidato dalla complessa interazione di diverse "istruzioni" genetiche, chimiche e fisiche. Negli embrioni di vertebrati, il sistema visivo ha origine da una struttura chiamata vescicola ottica. Questo si forma a un'estremità del tubo neurale, che è il capostipite dell'intero sistema nervoso.
Durante lo sviluppo normale, la vescicola ottica si estende lateralmente in entrambe le direzioni e alla fine si formano due occhi alle estremità di quelle proiezioni. Quando questo processo va storto, le vescicole ottiche sinistra e destra non si allungano. Invece, le loro punte si fondono al centro del viso, formando un unico occhio.
Cinque ricercatori, tutti del RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research, hanno iniziato a scoprire come i malfunzionamenti in un gene chiamato sonic hedgehog (SHH) contribuiscono a questo difetto di nascita "ciclopia".
Il caposquadra Yoshihiro Morishita osserva che centinaia di articoli hanno delineato il ruolo di SHH nella regolazione della proliferazione e differenziazione cellulare durante lo sviluppo di un'ampia gamma di organi, inclusi gli occhi. Ma non è chiaro esattamente come SHH aiuti a orchestrare la deformazione dinamica dei tessuti per formare morfologie organo-specifiche.
Per indagare su questo, il team ha confrontato il modello del movimento cellulare collettivo e il suo contributo alla dinamica dei tessuti durante lo sviluppo dell'occhio in embrioni di pulcino sani con quello negli embrioni trattati con un inibitore SHH.
Con loro sorpresa, hanno appreso che la segnalazione SHH regola il rilevamento e la risposta alla forza fisica, guidando la direzione del riarrangiamento cellulare e del movimento in un dato ambiente di stress all'interno del tessuto proencefalo.
"La direzione dello stress varia a seconda della posizione all'interno del tessuto, che a sua volta cambia la direzione e il grado di allungamento e restringimento, determinando la creazione della forma desiderata", spiega Morishita.
Quando questa capacità di rilevamento e risposta viene interrotta dall'inibitore SHH, le cellule della vescicola ottica non sanno più dove andare e non subiscono la ramificazione laterale richiesta per produrre un paio di occhi funzionali.
Questa scoperta è eccitante per diversi motivi. Given the prominent role SHH plays in development of many organs, mechanical sensing and response may be a far more important driver of tissue organization and formation than previously recognized. By extension, "randomized cellular behaviors due to loss of mechanosensation might be a common cause of different congenital malformations," Morishita notes.
A deeper understanding of this mechanism could also benefit researchers trying to recapitulate organ formation in the lab as a tool for disease research or the development of transplantable tissues. + Esplora ulteriormente
