In een verrassende ontdekking met belangrijke implicaties voor ontwikkelingsbiologie en regeneratieve geneeskunde, hebben RIKEN-biologen geleerd hoe mechanische krachten de vorming van de ogen in kippenembryo's sturen. Hun onderzoek is gepubliceerd in Science Advances .

Een gezonde embryonale ontwikkeling wordt geleid door het complexe samenspel van diverse genetische, chemische en fysische 'instructies'. In gewervelde embryo's is het visuele systeem afkomstig van een structuur die het optische blaasje wordt genoemd. Dit vormt zich aan het ene uiteinde van de neurale buis, de voorloper van het hele zenuwstelsel.

Tijdens normale ontwikkeling strekt het optische blaasje zich zijdelings in beide richtingen uit, en uiteindelijk vormen zich twee ogen aan de uiteinden van die uitsteeksels. Wanneer dit proces misgaat, worden de linker en rechter optische blaasjes niet langer. In plaats daarvan smelten hun punten samen in het midden van het gezicht en vormen ze een enkel oog.

Vijf onderzoekers, allemaal van het RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research, gingen op pad om te ontdekken hoe storingen in een gen dat sonic hedgehog (SHH) wordt genoemd, bijdragen aan deze "cyclopie" geboorteafwijking.

Teamleider Yoshihiro Morishita merkt op dat honderden artikelen de rol van SHH in het reguleren van celproliferatie en differentiatie tijdens de ontwikkeling van een breed scala aan organen, waaronder de ogen, hebben beschreven. Maar het is onduidelijk hoe SHH precies helpt bij het orkestreren van dynamische weefselvervorming om orgaanspecifieke morfologieën te vormen.

Om dit te onderzoeken, vergeleek het team het patroon van collectieve celbeweging en de bijdrage ervan aan weefseldynamiek tijdens oogontwikkeling in gezonde kippenembryo's met dat in embryo's die werden behandeld met een SHH-remmer.

Tot hun verbazing leerden ze dat SHH-signalering de waarneming en reactie op fysieke kracht reguleert, en de richting van celherschikking en beweging stuurt onder de gegeven stressomgeving in het voorhersenenweefsel.

"De richting van de spanning verschilt afhankelijk van de locatie in het weefsel, wat op zijn beurt de richting en mate van verlenging en krimp verandert, wat resulteert in het creëren van de gewenste vorm", legt Morishita uit.

Wanneer dit waarnemings- en reactievermogen wordt verstoord door de SHH-remmer, weten de cellen van de optische blaasjes niet meer waar ze heen moeten en slagen ze er niet in om de laterale vertakking te ondergaan die nodig is om een ​​paar functionele ogen te produceren.

Deze ontdekking is om verschillende redenen opwindend. Gezien de prominente rol die SHH speelt bij de ontwikkeling van veel organen, kunnen mechanische waarneming en respons een veel belangrijkere aanjager zijn van weefselorganisatie en -vorming dan eerder werd erkend. Bij uitbreiding kan "gerandomiseerd cellulair gedrag als gevolg van verlies van mechanosensatie een veelvoorkomende oorzaak zijn van verschillende aangeboren afwijkingen", merkt Morishita op.

Een dieper begrip van dit mechanisme zou ook ten goede kunnen komen aan onderzoekers die de orgaanvorming in het laboratorium proberen te recapituleren als een hulpmiddel voor ziekteonderzoek of de ontwikkeling van transplanteerbare weefsels. + Verder verkennen

Team onthult de onderliggende mechanismen van 3-D weefselvorming