Em uma descoberta surpreendente com implicações importantes para a biologia do desenvolvimento e medicina regenerativa, os biólogos da RIKEN aprenderam como as forças mecânicas guiam a formação dos olhos em embriões de pintinhos. Sua pesquisa é publicada em Science Advances .
O desenvolvimento embrionário saudável é guiado pela complexa interação de diversas "instruções" genéticas, químicas e físicas. Em embriões de vertebrados, o sistema visual se origina de uma estrutura chamada vesícula óptica. Isso se forma em uma extremidade do tubo neural, que é o progenitor de todo o sistema nervoso.

Durante o desenvolvimento normal, a vesícula óptica se estende lateralmente em ambas as direções, e dois olhos finalmente se formam nas extremidades dessas projeções. Quando esse processo dá errado, as vesículas ópticas esquerda e direita não se alongam. Em vez disso, suas pontas se fundem no centro do rosto, formando um único olho.

Cinco pesquisadores, todos do RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research, começaram a descobrir como o mau funcionamento de um gene chamado sonic hedgehog (SHH) contribui para esse defeito congênito "ciclopia".

O líder da equipe Yoshihiro Morishita observa que centenas de artigos delinearam o papel do SHH na regulação da proliferação e diferenciação celular durante o desenvolvimento de uma ampla gama de órgãos, incluindo os olhos. Mas não está claro exatamente como o SHH ajuda a orquestrar a deformação dinâmica do tecido para formar morfologias específicas de órgãos.

Para investigar isso, a equipe comparou o padrão de movimento celular coletivo e sua contribuição para a dinâmica do tecido durante o desenvolvimento do olho em embriões de galinha saudáveis ​​com embriões tratados com um inibidor de SHH.

Para sua surpresa, eles aprenderam que a sinalização SHH regula a detecção e a resposta à força física, orientando a direção do rearranjo celular e do movimento sob o ambiente de estresse dado dentro do tecido do prosencéfalo.

“A direção do estresse difere dependendo da localização dentro do tecido, que por sua vez altera a direção e o grau de alongamento e encolhimento, resultando na criação da forma desejada”, explica Morishita.

Quando essa capacidade de detecção e resposta é interrompida pelo inibidor de SHH, as células da vesícula óptica não sabem mais para onde ir e deixam de sofrer a ramificação lateral necessária para produzir um par de olhos funcionais.

Esta descoberta é emocionante por várias razões. Dado o papel proeminente que o SHH desempenha no desenvolvimento de muitos órgãos, a detecção e a resposta mecânica podem ser um fator muito mais importante na organização e formação de tecidos do que anteriormente reconhecido. 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. + Explorar mais

Team uncovers the underlying mechanisms of 3-D tissue formation