En un descubrimiento sorprendente con implicaciones importantes para la biología del desarrollo y la medicina regenerativa, los biólogos de RIKEN han aprendido cómo las fuerzas mecánicas guían la formación de los ojos en los embriones de pollo. Su investigación se publica en Science Advances .

El desarrollo embrionario saludable se guía a través de la compleja interacción de diversas "instrucciones" genéticas, químicas y físicas. En los embriones de vertebrados, el sistema visual se origina a partir de una estructura llamada vesícula óptica. Este se forma en un extremo del tubo neural, que es el progenitor de todo el sistema nervioso.

Durante el desarrollo normal, la vesícula óptica se extiende lateralmente en ambas direcciones y finalmente se forman dos ojos en los extremos de esas proyecciones. Cuando este proceso sale mal, las vesículas ópticas izquierda y derecha no se alargan. En cambio, sus puntas se fusionan en el centro de la cara, formando un solo ojo.

Cinco investigadores, todos del Centro RIKEN para la Investigación de Dinámica de Biosistemas, se propusieron descubrir cómo el mal funcionamiento en un gen llamado erizo sónico (SHH) contribuye a este defecto de nacimiento "ciclopía".

El líder del equipo, Yoshihiro Morishita, señala que cientos de artículos han delineado el papel de SHH en la regulación de la proliferación y diferenciación celular durante el desarrollo de una amplia gama de órganos, incluidos los ojos. Pero no está claro con precisión cómo SHH ayuda a orquestar la deformación dinámica del tejido para formar morfologías específicas de órganos.

Para investigar esto, el equipo comparó el patrón de movimiento celular colectivo y su contribución a la dinámica del tejido durante el desarrollo del ojo en embriones de pollo sanos con embriones tratados con un inhibidor de SHH.

Para su sorpresa, descubrieron que la señalización de SHH regula la detección y la respuesta a la fuerza física, guiando la dirección de la reorganización y el movimiento celular bajo el entorno de estrés dado dentro del tejido del cerebro anterior.

"La dirección de la tensión difiere según la ubicación dentro del tejido, que a su vez cambia la dirección y el grado de elongación y contracción, lo que da como resultado la creación de la forma deseada", explica Morishita.

Cuando esta capacidad de detección y respuesta se ve interrumpida por el inhibidor de SHH, las células de la vesícula óptica ya no saben a dónde ir y no logran la ramificación lateral necesaria para producir un par de ojos funcionales.

Este descubrimiento es emocionante por varias razones. Given the prominent role SHH plays in development of many organs, mechanical sensing and response may be a far more important driver of tissue organization and formation than previously recognized. 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. + Explora más

Team uncovers the underlying mechanisms of 3-D tissue formation