W trakcie rozwoju embrionalnego, proteiny przyłączają się do receptorów komórkowych, co powoduje cały szereg reakcji. Zrozumienie tego, w jaki sposób reakcje owe zachodzą jest rzeczą niezwykle trudną. Jednakże sygnały będące skutkami sprzężenia zwrotnego powracają do protein (lub innych molekuł biorących udział w reakcjach), przez co stale zmienia się przebieg zachodzących aktywności (następuje to w rezultacie zachodzenia tych reakcji oraz mechanizmu sprzężenia zwrotnego). Są one nam znane, ponieważ można je bez większego problemu zaobserwować. Lecz co dzieje się pomiędzy „wejściem”, a „wyjściem”, nadal stanowi niewiadomą.

„Chcemy dowiedzieć się, w jaki sposób komórki rdzeniowe stają się konkretnymi tkankami, tak, by móc manipulować tym procesem, rezultatem czego będzie możliwość tworzenia komórek w celu zwalczania chorób i leczenia obrażeń,” wyjaśnia David Umulis, profesor rolnictwa i bioinżynierii z Purdue University. „Korzystając z modelu, możemy symulować te skomplikowane wzory sygnałów, by lepiej dowiedzieć się, na jakiej zasadzie zachodzi interesujący nas proces,” dodaje uczony.
Umulis jest twórcą modelu, który jest w stanie „przewidzieć” dokładne rezultaty w przypadku zachodzenia różnych sprzężeń zwrotnych. Wyniki przeprowadzonych badań zostały opublikowane w ostatnim numerze magazynu branżowego Developmental Cell.

„Embriony muszek owocówek są wspaniałymi systemami, w których można zaobserwować wczesny rozwój organizmu. Widzimy mutację i jej wynik, lecz nie wiemy dokładnie, jak wygląda cały proces pomiędzy tymi dwoma etapami,” tłumaczy Umulis. „Realistyczne modele embrionów okazały się być wspaniałymi, pomocnymi narzędziami pracy, dzięki którym lepiej zrozumiemy zachodzące w embrionie zmiany – dzięki embrionom tym będziemy mogli zdefiniować procesy, które łączą przyczynę z jej rezultatem,” dodaje naukowiec.

W trakcie badań skupiono się na muszce owocówce (drosophila). W trakcie bardzo wczesnego rozwoju embrionów starano się rozszyfrować procesy i dowiedzieć się, co kieruje zmianami, które zachodzą w komórkach rdzeniowych w konkretnych miejscach. W trakcie zachodzenia procesu, komórki przyjmują „tożsamość”, która następnie określa rodzaj tkanki w dorosłym już organizmie. Zanim kierunkowy sygnał podyktuje drogę dalszego rozwoju, komórki rdzeniowe są już gotowe do stawania się wieloma różnymi tkankami. Używanie modeli w celu analizy dynamicznych sygnałów, które komórki odbierają może w przyszłości pomóc w osiągnięciu większej wiedzy na temat tego, jak kontrolować podobne komórki w warunkach laboratoryjnych.
Umulis uważa, ze stworzony przez jego zespół badawczy model jest pewnego rodzaju matrycą, która umożliwi naukowcom przetestowanie ogromnej liczby hipotez jeszcze zanim przystąpi się do przeprowadzania właściwych eksperymentów. Informacje z trudem zebrane z realistycznych modeli trójwymiarowych umożliwią dokładne poznanie całego procesu oraz przyspieszą dalsze badania.

Następnym planowanym przez profesora Umulisa krokiem będzie policzenie liczby molekuł potrzebnych do zainicjowania konkretnych reakcji w obrębie komórki w trakcie rozwoju embrionalnego. Badania przeprowadzono dzięki dofinansowaniu ze strony The National Institutes of Health oraz Purdue University.

Źródło: www.sciencedaily.com