Ein mechanochemisches Modell zur primären neuronalen Induktion wurde erstmals 1985 von Brodland und Gordon vorgeschlagen . [ 1 ] Sie postulierten, dass sich in den apikalen Enden von Zellen innerhalb von Zellverbänden, die kurz vor der Differenzierung stehen (und somit kompetent sind), ein mechanisch sensibles, bistabiles Organell aus Mikrotubuli und Mikrofilamenten befindet, das unter mechanischer Spannung steht. Die Mikrotubuli und Mikrofilamente wirken in einem vorgeschlagenen embryonalen Organell, das sie als Zellzustandsspalter bezeichneten, mechanisch entgegen. Je nach Position der Zelle innerhalb eines Zellverbands wird die Spannung entweder durch Kontraktion oder Expansion des apikalen Endes abgebaut. Dieser Prozess beginnt an einem Punkt und breitet sich, begrenzt durch andere mechanische Kräfte an den Zellgrenzen, über das restliche Gewebe aus. Tatsächlich wurde eine physikalische Kontraktionswelle beobachtet, die das präsumptive Nervenepithel des sich entwickelnden Axolotls ( Ambystoma mexicanum ) durchläuft. Die Kontraktionswelle verlief komplexer als im ursprünglichen Modell vorhergesagt. Sie ging jedoch präzise vom Spemann-Organisator aus und durchquerte ausschließlich das präsumptive Neuralepithel. [ 2 ] Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigten, dass auch im Zellzustandsspalter Intermediärfilamente vorhanden sind. [ 3 ] Mithilfe von Zeitrafferaufnahmen der Axolotl- Gastrulation wurden weitere Kontraktions- und Expansionswellen entdeckt . Darunter befand sich eine Expansionswelle, die im Ektoderm ausschließlich im präsumptiven Epithel auftritt. Die Überlagerung der Wellenverläufe mit der Schicksalskarte des Axolotls ergab eine einzigartige Kombination von Expansions- und Kontraktionswellen, die mit den während der Gastrulation festgelegten Gewebetypen korreliert. Diese Wellenverläufe erklären die Form der Schicksalskarte. [ 4 ]
Eine biochemische Grundlage für die Signaltransduktion vom Zytoskelett zum Zellkern, die zu Veränderungen der Genexpression führt, wurde erstmals 1993 von Björklund (heute Gordon) und Gordon vorgeschlagen [ 5 ]. Dies würde eine biochemische Transduktion des biomechanischen Signals vom Zytoskelett zum Zellkern bewirken, welches dann die Veränderungen der Genexpression auslöst. Bei Kontraktion der Zelle wird ein Signal gesendet, bei Expansion ein anderes. Das Signal des Zytoskeletts bestimmt das Zellschicksal. Das Phänomen der Gengradienten während der Entwicklung wird als Epiphänomen betrachtet, das durch den Durchgang der biomechanischen Welle entsteht und Veränderungen der Genexpression in einzelnen Zellen auslöst, während die Welle eine Zellschicht durchläuft [ 6 ] . Sie haben ihre Forschung und ihre Theorie der Differenzierungswellen detailliert in ihrem Buch „Embryogenesis Explained“ beschrieben . Beispielsweise wird die erste Differenzierung während der Kompaktierung von Säugetieren anhand ihres Differenzierungswellenmodells wie folgt erklärt: Zellen an der Außenseite der Morula dehnen sich aufgrund ihrer Lage außerhalb des frühen Zellballs aus und differenzieren sich zu Trophoblasten . Zellen im Inneren des Zellballs kontrahieren hingegen aufgrund der mechanischen Kräfte und bilden die innere Zellmasse . Alle anderen Aktivitäten, wie Veränderungen der Genexpression, Signalproteine, die Freisetzung von Morphogenen und epigenetische Veränderungen , gelten als Folge der Differenzierung nach der Reaktion des Zytoskeletts auf mechanische Signale, die das Zellschicksal rein mechanisch bestimmen. [ 7 ] [ 8 ] Der Verschluss des Neuralrohrs wird bei Folsäure -sensitiven Neuralrohrdefekten , die durch Folsäure- Supplementierung verhindert werden können , auf eine fehlende Methylierung des Zytoskeletts im sich entwickelnden Nervengewebe zurückgeführt . [ 9 ]
Referenzen
- ^ Gordon, R. Brodland, GW. Die zytoskelettalen Mechanismen der Hirnmorphogenese: Zellzustandsspalter verursachen primäre neuronale Induktion. Gell Biophys. 11: 177-238. (1987)
- ^ Brodland, GW” Gordon, R, Scott MJ, Bjorklund NK, Luchka KB, Martin, CC, Matuga, C, Globus, M, Vethamany-Globus S. und Shu, D. Furchenförmige Oberflächenkontraktionswelle zeitgleich mit der primären neuronalen Induktion in Amphibienembryonen. J Morphol. 219: 131-142. 1994
- ^ Martin, CC & R. Gordon. Ultrastrukturelle Analyse des Zellzustandsspalters in Ektodermzellen , die sich während der Gastrulation in Embryonen des Axolotls Ambystoma mexicanum zu Neuralplatte und Epidermis differenzieren. Russian J. Dev. Biol. 28(2), 71-80 1997
- ^ Björklund, NK & R. Gordon (1994). Oberflächenkontraktions- und -expansionswellen korrelieren mit der Differenzierung in Axolotl-Embryonen. I. Prolegomenon und Differenzierung während des Durchtritts durch den Blastoporus, dargestellt durch die Schicksalskarte. Computers & Chemistry 18(3), 333-345 [Anhang VI].
- ^ Björklund, N. K. & R. Gordon. [Kernzustandsspaltung: Ein Arbeitsmodell für die mechanochemische Kopplung von Differenzierungswellen mit den steuernden Genen (Mastergenen)] [Russisch]. Ontogenez 24(2), 5–23 1993
- ^ Gordon, R., Björklund, N, Nieuwkoop, PD, International Review of Cytology, Appendix: Dialogue on Embryonic Induction and Differentiation Waves , Vol 150 1994/02/01, Pg 373-420
- ^ Gordon, N. Gordon, R. Embryogenese erklärt. World Scientific Publishing , Singapur, 2016
- ^ Gordon, NK, Gordon R. Das Differenzierungsorganell in Embryonen: der Zellzustandsspalter. Theor Biol Med Model (2016) 13: 11. https://doi.org/10.1186/s12976-016-0037-2
- ^ Björklund NK, Gordon R Eine Hypothese, die eine niedrige Folsäureaufnahme mit Neuralrohrdefekten aufgrund des Versagens posttranslationaler Methylierungen des Zytoskeletts in Verbindung bringt. Int. J. Dev. Biol. 50: 135 - 141 2006
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