Πού να βάλετε το κεφάλι και την ουρά; Οι ερευνητές ανακαλύπτουν νέο παράγοντα στον σχηματισμό άξονων σώματος

Στη σφαίρα της αναπτυξιακής βιολογίας, η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ένα μονοκύτταρο ζυγώτη μετατρέπεται σε έναν πολύπλοκο οργανισμό με ξεχωριστούς άξονες του σώματος είναι ένα κεντρικό ερώτημα. Δύο από τους πιο κρίσιμους άξονες είναι ο άξονας της κεφαλής και ο άξονας της ραχιαίας κοιλίας, οι οποίοι δημιουργούν το κεφάλι, την ουρά, την πλάτη και την κοιλιά, αντίστοιχα. Ενώ έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος στην αποσαφήνιση των μοριακών μηχανισμών που διέπουν τον σχηματισμό του άξονα, παραμένουν πολλά ερωτήματα.

Πρόσφατα, μια ομάδα ερευνητών από το Riken Center for Developmental Biology (CDB) στην Ιαπωνία, με επικεφαλής τον διευθυντή της ομάδας Takashi Hiiragi, έκανε μια σημαντική ανακάλυψη στην κατανόηση της δημιουργίας του άξονα κεφαλής στα σπονδυλωτά. Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature Communications, ρίχνουν φως σε έναν προηγουμένως άγνωστο παράγοντα που διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο σε αυτή τη διαδικασία.

Η μελέτη επικεντρώθηκε στην πρωτεΐνη που είχε καταστραφεί (DVL), ένα βασικό συστατικό της οδού σηματοδότησης Wnt, γνωστή για τη συμμετοχή της σε διάφορες αναπτυξιακές διεργασίες. Το DVL έχει δύο ισομορφές, DVL1 και DVL2, τα οποία είναι πολύ παρόμοια αλλά διαφέρουν στα πρότυπα έκφρασής τους κατά τη διάρκεια της πρώιμης εμβρυϊκής ανάπτυξης.

Μέσα από μια σειρά πειραμάτων που χρησιμοποιούν έμβρυα zebrafish, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το DVL2, συγκεκριμένα, είναι απαραίτητο για το σχηματισμό του άξονα κεφαλής-ουράς. Με παρεμβολή στη λειτουργία DVL2 χρησιμοποιώντας γενετικές και χημικές προσεγγίσεις, παρατηρούσαν σοβαρά ελαττώματα στην καθιέρωση των δομών της κεφαλής και της ουράς, με αποτέλεσμα τα έμβρυα με μη φυσιολογικά επιμήκη σώματα.

Η λεπτομερής ανάλυση της ομάδας αποκάλυψε ότι η DVL2 ασκεί τη λειτουργία της ρυθμίζοντας τη δραστηριότητα μιας άλλης πρωτεΐνης που ονομάζεται κινάση τύπου Nemo (NLK). Το NLK είναι γνωστό ότι ελέγχει τη σταθερότητα της πρωτεΐνης Prickle1 (PK1), η οποία εμπλέκεται στη μη κανονική οδό σηματοδότησης Wnt. Με τη διαμόρφωση των επιπέδων του PK1, το DVL2 επηρεάζει τη συνολική ισορροπία των δραστηριοτήτων σηματοδότησης Wnt, καθοδηγώντας τελικά το σχηματισμό του άξονα της κεφαλής.

Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν περαιτέρω τη σημασία του DVL2 σε ανθρώπινα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα (HESCs), τα οποία έχουν τη δυνατότητα να διαφοροποιηθούν σε διάφορους κυτταρικούς τύπους. Με τον χειρισμό της έκφρασης DVL2 σε hESCs, ήταν σε θέση να ελέγξουν την κατευθυντικότητα του σχηματισμού νευρικού σωλήνα, μιμώντας τη διαδικασία σχηματισμού κεφαλής κατά τη διάρκεια της πρώιμης ανθρώπινης ανάπτυξης.

Συμπερασματικά, αυτή η μελέτη προσδιορίζει το DVL2 ως νέο ρυθμιστή του σχηματισμού άξονα κεφαλής σε σπονδυλωτά, ενεργώντας μέσω της αλληλεπίδρασης των οδών σηματοδότησης Wnt. Τα ευρήματα παρέχουν νέες ιδέες για τους περίπλοκους μηχανισμούς που αποτελούν τη βάση της καθιέρωσης άξονων του σώματος κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής ανάπτυξης και ανοίγουν το δρόμο για περαιτέρω εξερεύνηση των θεμελιωδών διαδικασιών που διαμορφώνουν το σώμα μας.