Επαναστατική ανακάλυψη: Βρήκαν το κυτταρικό μοντέλο που οδηγεί στο σχηματισμό των σπονδύλων

H σπονδυλική στήλη αποτελείται από μια σειρά παρόμοιων σπονδύλων. Ένα επονομαζόμενο «ρολόι κατάτμησης» στα κύτταρα δημιουργεί αυτή την επαναλαμβανόμενη διάταξη στην ανάπτυξη των εμβρύων: Κάθε φορά που το «ρολόι» λειτουργεί αρχίζει να σχηματίζεται ένας σπόνδυλος.

Σε άρθρο που δημοσιεύθηκε στο Cell, ο καθηγητής γενετικής της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ, Olivier Pourquié, του οποίου το εργαστήριο ανακάλυψε το «ρολόι κατάτμησης» πριν από 20 χρόνια, και οι συνάδελφοί του αναφέρουν ότι χρησιμοποίησαν κύτταρα ποντικού για την ανασύσταση μιας σταθερής έκδοσης αυτού του ρολογιού για πρώτη φορά, οδηγώντας σε πολλές νέες ανακαλύψεις σχετικά με το πού βρίσκεται το ρολόι, τι το κάνει να ενεργοποιηθεί και πώς σχηματίζεται η σπονδυλική στήλη.

Οι γνώσεις της ομάδας όχι μόνο φωτίζουν την φυσιολογική εξέλιξη των σπονδυλωτών αλλά και θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε καλύτερη κατανόηση των ελαττωμάτων του νωτιαίου μυελού όπως η σκολίωση, δήλωσε ο Pourquié.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το «ρολόι κατάτμησης» βρίσκεται σε ηρεμία στα επιμέρους εμβρυϊκά κύτταρα που δημιουργούν τους σπονδύλους και στη συνέχεια «χτυπά» όλα μαζί, συλλογικά, όταν τα κύτταρα φτάσουν σε μια κρίσιμη μάζα.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι το ρολόι ελέγχεται από δύο σήματα, τα Notch και Yap, τα οποία αποστέλλονται και λαμβάνονται από αυτά τα κύτταρα.

Διαπίστωσαν ότι το Notch ξεκινάει το ρολόι που προκαλεί κυτταρικές ταλαντώσεις που εκπέμπουν οδηγίες για την κατασκευή δομών που τελικά θα γίνουν σπόνδυλοι. Αλλά το Notch δεν είναι το μόνο σήμα.

Αποδεικνύεται ότι η φωνή του κυττάρου Yap καθορίζει την ποσότητα Notch που απαιτείται για την ενεργοποίηση του ρολγιού κατάτμησης. Εάν το Yap είναι πολύ χαμηλό, τότε το ρολόι τρέχει μόνο του.

Αν τα επίπεδα Yap είναι “μέτρια”, είπε ο Pourquié, τότε απαιτείται η λειτουργία Notch για να ξεκινήσει το ρολόι. Και αν τα επίπεδα Yap είναι υψηλά, ακόμη και πολλά Notch δεν θα πείσουν το ρολόι να ενεργποιηθεί. Οι επιστήμονες αποκαλούν αυτό όριο διέγερσης.

Οι ερευνητές θεωρούν ότι το ρολόι κατάτμησης λειτουργεί όπως και άλλα συστήματα ευερέθιστου βιολογικού συστήματος που απαιτούν ορισμένες προϋποθέσεις που πρέπει να πληρούνται πριν από την εκκίνηση μιας δράσης, όπως οι πυροδοτήσεις νευρώνων και το ασβέστιο που ταξιδεύει στα καρδιακά κύτταρα.

Τους ερευνητές εξέπληξε το γεγονός ότι μπορούσαν να σταματήσουν και να επανεκκινήσουν το ρολόι κατάτμησης με διάφορους τρόπους – φυσικά, διαχωρίζοντας και επανασυσσωρεύοντας τα κύτταρα και χημικά με ένα φάρμακο που δεσμεύει το Yap.

“Για πολλά χρόνια, προσπαθούμε να κατανοήσουμε το ρολόι που υποκρύπτει αυτές τις ταλαντώσεις”, δήλωσε ο Pourquié. “Τώρα έχουμε ένα μεγάλο θεωρητικό πλαίσιο για να καταλάβουμε τι τους δημιουργεί και να μας βοηθήσουν να κάνουμε και να δοκιμάσουμε περισσότερες υποθέσεις”.