Wetenschap
Het fruitvliegmodel identificeert de belangrijkste toezichthouders achter de orgaanontwikkeling
Omdat organen zich bij fruitvliegjes en mensen op opmerkelijk vergelijkbare manieren ontwikkelen, kunnen biologische inzichten uit dit model worden gebruikt om de diagnose en behandeling van menselijke ziekten zoals kanker, de ziekte van Alzheimer en aangeboren genetische geboorteafwijkingen te informeren.
Jeremiah Zartman, universitair hoofddocent chemische en biomoleculaire technologie aan de Universiteit van Notre Dame, werkte samen met een multidisciplinair onderzoeksteam, waaronder medewerkers van de Universiteit van Californië, Riverside, om een fruitvliegmodel te ontwikkelen om de mechanismen die orgaanweefsel genereren, te reverse-engineeren. /P>
De bevindingen van het team, die een dieper inzicht bieden in de chemische en mechanische hefbomen die de grootte en vorm van orgaancellen reguleren, zijn gepubliceerd in Nature Communications .
"We proberen een orgel in de computer te simuleren, waardoor we in feite een digitale tweeling van dat orgel creëren", zei Zartman. "We nemen de verschillende cellen en delen van cellen om te zien of we kunnen voorspellen hoe ze met elkaar zullen omgaan."
Organen ontwikkelen zich als reactie op wat Zartman een ‘symfonie’ van signalen noemt. Het fruitvliegmodel van de onderzoekers integreert de talrijke signalen die de celbeweging, contractie, adhesie en proliferatie orkestreren. Het omvat ook de mechanische, chemische en structurele eigenschappen van celcomponenten en houdt rekening met hoe deze eigenschappen in de loop van de tijd en op verschillende locaties veranderen.
Zowel het model als de experimentele resultaten van zijn laboratorium toonden aan dat er twee verschillende klassen van chemische signaalroutes, of reeksen signalen, waren die gebogen of platte weefsels produceren, wat de flexibiliteit en afstembaarheid identificeert van het genereren van een orgaan met een specifieke vorm.
Cellen die signalen van insuline ontvingen, leidden tot een toename van de kromming van het weefsel, terwijl cellen die input ontvingen van twee andere belangrijke groeiregulatoren het weefsel plat maakten. De onderzoekers ontdekten dat deze groeiregulatoren ook het interne raamwerk van de cel, of het cytoskelet, manipuleerden om de celgrootte en -vorm verder vorm te geven.
Het grote doel van de Zartman-groep is het identificeren van de mate waarin de biologische regels die zijn afgeleid uit gesimuleerde vliegorgaanstudies worden gedeeld met systemen die zo verschillend zijn als planten, vissen en mensen.
"Ons doel voor de toekomst is het ontwikkelen van een digitaal prototype-orgaan dat een fundamentele vraag in de biologie aanpakt:hoe genereren cellen functionele organen?" zei Zartman.