Cercetările de la ISTA subliniază importanța keratinei în migrarea celulară coordonată
Keratina, o proteină esențială în structurile dure ale animalelor, cum ar fi părul, unghiile și coarnele, joacă un rol crucial în migrarea celulară a peștilor zebrafish, conform unui nou studiu publicat în Nature Communications de către Institutul de Știință și Tehnologie Austria (ISTA).
În interiorul celulelor de zebrafish, keratina conferă forța necesară pentru ca acestea să se miște împreună ca un țesut coerent, modulând forțele care le ghidează mișcarea în timpul dezvoltării timpurii. Însă ce se întâmplă atunci când keratina lipsește?
Un studiu recent realizat de grupul Heisenberg și Edouard Hannezo de la ISTA, împreună cu colegi de la Sorbonne Université și Universitatea Leiden, a adus la lumină importanța esențială a acestei proteine în procesul de gastrulație, considerat unul dintre cele mai importante evenimente din viață.
Biologul britanic de dezvoltare Lewis Wolpert a afirmat că gastrulația este mai importantă decât nașterea, căsătoria sau moartea. În acest stadiu, celulele unui embrion tânăr se reorganizează și formează cele trei straturi germinale din care se vor dezvolta toate țesuturile și organele.
Suyash Naik, un analist de imagini de la ISTA, a observat cu atenție embrionii de zebrafish sub microscop. Unul dintre motivele pentru care cercetătorii aleg zebrafish este că, spre deosebire de musca Drosophila, aceștia sunt vertebrate, având o coloană vertebrală similară cu a oamenilor.
De asemenea, embrionii de zebrafish sunt transparenți și se dezvoltă în afara corpului matern, ceea ce permite studierea lor încă din momentul fertilizării. Embrionii observați de Naik aveau aproximativ o oră și jumătate și se aflau în perioada de divizare.
Naik este interesat însă de o fază ulterioară, gastrulația, care la zebrafish are loc între cinci și zece ore după fertilizare. În această perioadă, o foaie de celule recent formate se mișcă într-o undă coordonată peste gălbenuș, un proces numit epibolie.
Sub influența forțelor dintr-o rețea subțire de celule gălbenuș, această foaie celulară se extinde în jurul gălbenușului până când îmbracă complet embrionul, formând o membrană protectoare. În interior, se formează primele straturi de bază.
„Îți poți imagina ca și cum ai trage o pălărie pe cap până când îți acoperă fața”, explică Naik. „Numai că această pălărie nu rămâne fără material – stratul celular care acoperă embrionul este extrem de elastic.”
Întregul proces se desfășoară rapid, dar poate fi observat cu detalii, făcând embrionii de zebrafish un model ideal pentru studiul mișcărilor celulare coordonate la scară mare și al forțelor care le determină.
Keratina este o proteină filamentară specifică țesuturilor epiteliale. Există multe tipuri de keratină, dar cele mai cunoscute sunt cele întâlnite în piele și păr, care conferă acestora rezistență. Multe șampoane se laudă că conțin keratină.
În celulele embrionare, keratina formează filamente asemănătoare cu tăiței mici, care, împreună cu filamentul de actină și miozină, constituie citoscheletul celulei.
Pe măsură ce epibolia începe, activitatea keratinei crește și continuă să crească pe parcursul procesului. Totuși, rolul exact al acesteia a rămas neclar până acum.
Această întrebare a devenit obiectul proiectului de doctorat al lui Naik. Folosind instrumentul de editare genetică CRISPR-Cas9, el a șters genele keratinei în embrionii de zebrafish. Odată cu eliminarea keratinei, epibolia s-a încetinit dramatic, iar întregul strat celular s-a prăbușit.
Interesant este că țesutul în mișcare a devenit mai moale fără keratină. Deși ar părea contraintuitiv, deoarece cu un elastic te-ai aștepta ca, cu cât este mai moale, cu atât mai ușor se întinde, aici s-a observat contrariul.
Naik a observat, de asemenea, că celulele din interiorul țesutului și-au pierdut alinierea corectă. Forțele mecanice din stratul de celule gălbenuș nu mai puteau fi transmise prin țesut, iar forța din stratul de celule gălbenuș nu se putea adapta mișcării.
Aceste rezultate sugerează că keratina acționează ca un conector critic pentru transmiterea forței în timpul epiboliei. Studiul subliniază versatilitatea rețelelor filamentare precum keratina, care servesc ca legături între diferite sisteme structurale din interiorul unui țesut.
O înțelegere mai profundă a acestor interacțiuni ar putea aduce lămuriri cu privire la modul în care celulele coordonează mișcarea în procese precum vindecarea rănilor sau regenerarea țesuturilor și ar putea oferi perspective asupra unor afecțiuni precum epidermoliza buloasă, cauzată de mutații ale keratinei, care pot face țesuturile fragile, cu vezicule sau predispuse la rupere. O mai bună înțelegere a acestor interacțiuni ne-ar putea ajuta să dezvoltăm intervenții mai eficiente legate de piele.
