Forskare har upptäckt ett nytt sätt som stora embryonala celler delar sig utan en komplett kontraktil ring, vilket utmanar traditionella modeller. Med zebrafish-embryon identifierade forskarna ett mekaniskt hägningsystem involverande mikrotubuli och varierande cytoplasma-styvhet. Resultaten, publicerade i Nature, förklarar delning i gula-rika celler hos olika arter.
Celldelning, eller cytokines, är en kärnprocess i biologi, men dess mekanik i tidiga embryonala stadier har förbryllat forskare, särskilt hos djur med stora, gula-fyllda celler. Ett team ledd av Jan Brugués vid Cluster of Excellence Physics of Life på TUD Dresden University of Technology har avslöjat en tidigare okänd mekanism som möjliggör dessa överskottsstora celler att delas utan att förlita sig på den standardmässiga aktinbaserade purse-string-ringen. Traditionella modeller beskriver celler som bildar en kontraktil ring av aktinprotein vid sin mittpunkt, som drar åt för att separera i två dotterceller. Dock förhindrar den stora gulan hos arter som hajar, näbbdjur, fåglar och reptiler ringen från att sluta helt. «Med en så stor gula i den embryonala cellen finns en geometrisk begränsning. Hur förblir en kontraktil band med lösa ändar stabil och genererar tillräcklig kraft för att dela dessa enorma celler?», undrade Alison Kickuth, huvudförfattare och nyligen disputerad från gruppen. Fokuserande på zebrafish-embryon, som har betydande gula-rika celler i tidig utveckling, skar forskarna aktinbandet med laser och observerade att det fortsatte att dra ihop sig. Detta indikerade stöd längs dess längd, tillhandahållet av mikrotubuli — en annan cytoskelett-komponent. Att störa mikrotubuli, kemiskt eller med en oljedroppe-hinder, fick bandet att kollapsa, bekräftande deras roll i stabilisering och signalering. Ytterligare experiment visade att cytoplasmans styvhet varierar med cellcykeln. Under interfas styvnar aster — expanderande mikrotubuli-strukturer — cytoplasman och förankrar bandet. I mitos (M-fas) flytandeiseras det, tillåtande inåtrörelse. Ändå riskerar denna flytandehet instabilitet, varvid bandet delvis drar sig tillbaka men återhämtar sig genom snabba embryonala cykler. Processen fungerar som en mekanisk häftklammer: instabilitet under flytande faser motverkas av restabilisering i efterföljande interfaser, avancerande delningen inkrementellt över flera cykler tills fullbordad. «Den temporära hägningsmekanismen förändrar fundamentalt vår syn på hur cytokines fungerar», uppgav Brugués. Kickuth tillade: «Zebrafish är ett fascinerande fall, eftersom cytoplasma-delning i deras embryonala celler är inneboende instabil. För att övervinna denna instabilitet delar sig deras celler snabbt, tillåtande bandets ingrepp över flera cellcykler genom att växla mellan stabilitet och flytandeisering tills delningen är komplett.» Detta fynd erbjuder ett nytt ramverk för cytokines i stora, gula-rika embryon hos äggläggande arter, belysande rollen av tidsstyrda cytoplasma-egenskaper i cellulära processer. Studien publiceras i Nature.
