Genlər bir hüceyrə topundan orqanlara, əzələlərə və əzalara çevrilən embrionun idarəetmə panelidir, lakin burada yalnız genetikadan daha çox şey iştirak edir. Fizika da var – hüceyrə fəaliyyəti və böyüməsindən gələn axınlar və qüvvələr ilə toxumaların formalaşması.

Milli Elmlər Akademiyasının İnkişaf Hüceyrəsi və Proceedings kitabında aparılan iki son araşdırma, geniş və nazik bağırsaqlar da daxil olmaqla, bağırsağın müxtəlif bölmə və formalarına səbəb olan embrion inkişafda gen vasitəçiliyi ilə əlaqəli həndəsələrə və qüvvələrə işıq salır . Tapıntılar genetik siqnallar və erkən bağırsağın fiziki formalaşması arasında kritik boşluğu aradan qaldırır.

Keçmiş Qriffin İncəsənət və Elmlər Məktəbinin tələbəsi Hasreet Gillin rəhbərlik etdiyi “İnkişaf Hüceyrə” məqaləsi Hox genləri adlanan inkişaf təlimatlarının bağırsaq əmələ gəlməsini necə diktə etdiyini göstərir. Tədqiqat üçün Gill və həmkarları model orqanizm kimi toyuq embrionunun bağırsaq inkişafını izlədilər; Hox genlərinə insanlarda və bütün digər onurğalılarda da rast gəlinir.

“Mən başa düşmək istədim ki, bağırsaqdakı müxtəlif bölgələr, yəni anterior, yəni yemək borusu, posteriora, yəni yoğun bağırsaqa qədər nə üçün müxtəlif formalarla nəticələnirlər”, – Ph.D ilə həmmüəllifi olan Gill deyir. məsləhətçi Clifford Tabin, George Jacob və Jacqueline Hazel Leder Harvard Tibb Məktəbində Genetika Professoru. Gill Molekulyar və Hüceyrə Biologiyası Departamentinin Molekullar, Hüceyrələr və Orqanizmlər proqramının tələbəsi idi.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1729106073&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-10-gut-genetics-physics-embryonic.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI5LjAuNjY2OC4xMDEiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyOS4wLjY2NjguMTAxIl0sWyJOb3Q9QT9CcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTI5LjAuNjY2OC4xMDEiXV0sMF0.&dt=1729106023349&bpp=1&bdt=935&idt=86&shv=r20241014&mjsv=m202410100101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D534c8786bf75d2ee%3AT%3D1729101614%3ART%3D1729106016%3AS%3DALNI_MbTHKZxl7gLOzTILa8TX13EitEOIw&gpic=UID%3D00000f0bc87df992%3AT%3D1729101614%3ART%3D1729106016%3AS%3DALNI_MaecMbMcxPwV-J3CvP8YQRtr_yFWw&eo_id_str=ID%3D225932ab59df61d0%3AT%3D1729101614%3ART%3D1729106016%3AS%3DAA-AfjYAtaJRoyFre-9Jvpoxw817&prev_fmts=0x0%2C1381x663&nras=2&correlator=1345960992375&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.375&dmc=8&adx=326&ady=1850&biw=1381&bih=663&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759842%2C95343853%2C31087986%2C44795921%2C95344187&oid=2&pvsid=2840185066704163&tmod=579718554&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C0%2C0%2C1396%2C663&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=0&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsW251bGwsbnVsbCxudWxsLCJkZXByZWNhdGVkX2thbm9uIl0sbnVsbCwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=50474

Tədqiqat Con A. Paulson Mühəndislik və Tətbiqi Elmlər Məktəbinin keçmiş doktorantı Sifan Yin və SEAS və FAS-da tətbiqi riyaziyyat, fizika və biologiya professoru L. Mahadevan ilə əməkdaşlıq yolu ilə təcrübəni hesablama nəzəriyyəsi ilə əlaqələndirdi. .

Gill’in araşdırması Hox genlərinin orqan diferensiasiyasında necə iştirak etdiyinə dair əvvəlki iş üzərində qurulmuşdur. Heyvanların təkamül tarixi boyu yüksək səviyyədə qorunmuş genlər toplusu, meyvə milçəyinin bədəninin seqmentləşdirilməsində rollarına görə tanındıqda 1995-ci ildə Nobel Mükafatının mövzusu oldu.

Gill və həmkarları cücə embrionunun qalın və nazik bağırsaqlarını təşkil edən toxumaların ölçülə bilən mexaniki xüsusiyyətlərinin onların son formalarına necə çatmalarında birbaşa iştirak etdiyini kəşf etdilər . Məsələn, o, tapdı ki, nazik bağırsaqda yerləşən villi əmələ gətirən toxumalar, qalın bağırsağın daxili divarlarını formalaşdıran, daha iri, daha düz, səthi qıvrımlar əmələ gətirənlərdən fərqli sərtlik parametrlərinə malikdir.

Bütün bu mexaniki fərqlərin nəticələrini yoxlamaq üçün laboratoriya Mahadevan laboratoriyası ilə uzunmüddətli əməkdaşlığa müraciət etdi, onun üzvləri, o cümlədən Yin, diferensial böyümə nəticəsində yaranan fiziki qüvvələrin orqan formasına təsirini müəyyən etmək üçün nəzəri və hesablama təhlili apardılar.

Çoxdan məlum idi ki, Hox genləri müxtəlif orqanların, o cümlədən bağırsaqların necə bölünməsi və formalaşması üçün zəmin yaradan təlimatlardır. Ancaq bu prosesin təfərrüatlı “necə” sirr olaraq qalırdı.

Bunu həll etmək üçün Gill və həmkarları 1990-cı illərdə Tabin laboratoriyasından bu sualı araşdıran təcrübəyə yenidən baxdılar. Həmin təcrübədə onlar nazik bağırsaqda müəyyən bir Hox genini ifadə etdilər və onun yoğun bağırsağın xüsusiyyətlərini daşıdığını tapdılar.Oyna

00:0000:00SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

OynaE8-də ön bağırsağın ilkin qırışması üçün rəqəmsal nəticələr. İlkin həndəsə r _i /r _o = 0,6, h _e /h _m = 0,3 və endoderma g _r = g _θ = 1 + t ilə izotrop olaraq böyüyür. Kredit: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları (2024). DOI: 10.1073/pnas.2310992121

Gill komandası divar sərtliyi, böyümə sürəti və toxuma qalınlığı kimi şeyləri nəzərə alaraq bağırsağın müxtəlif hissələrinin mexaniki xüsusiyyətlərinə dair fiziki testlər apararkən təcrübəni təkrarladı . Xüsusilə HoxD13 geninin toxumaların mexaniki xassələrini və böyümə sürətlərini tənzimlədiyini və nəticədə yoğun bağırsağın son formasına səbəb olduğunu müəyyən etdilər. Digər əlaqəli Hox genləri nazik bağırsaq üçün eyni xüsusiyyətləri müəyyən edə bilər.

Ən başlıcası, onlar Hox genləri tərəfindən idarə olunan TGF Beta adlı aşağı axın siqnal yolunun rolunu da işıqlandırdılar. Embrionlarında TGF beta siqnalının miqdarını tənzimləməklə, müxtəlif bağırsaq bölgələrinin formalarını dəyişə bilərlər. Fibrotik şəraitdə iştirak etdiyi çoxdan məlum olan bu yolun əhəmiyyətini görmək, onurğalılar sistemində bağırsaq inkişafının tam başa düşülməsi istiqamətində mühüm təməl elm addımı idi.

Gill dedi ki, bu anlayışlar kolon xərçəngi və bağırsağın digər fibrotik xəstəlikləri üçün şərtlər haqqında yeni biliklərə səbəb ola bilər.

“Bir ehtimal, xəstəliyin hüceyrədənkənar matrisin həddindən artıq çökməsinə səbəb ola biləcək bir inkişaf proqramını seçməsidir və bu, xəstə üçün zərərli olur” dedi. “Xüsusilə Hox gen ifadəsi ilə əlaqəli bu inkişaf kontekstinə sahib olmaq, ən azı bu xəstəliklərin insanlarda niyə baş verdiyinin daha geniş kontekstini anlamaq üçün faydalı ola bilər.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=2996406042&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1729106137&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-10-gut-genetics-physics-embryonic.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTUuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI5LjAuNjY2OC4xMDEiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEyOS4wLjY2NjguMTAxIl0sWyJOb3Q9QT9CcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTI5LjAuNjY2OC4xMDEiXV0sMF0.&dt=1729106023349&bpp=2&bdt=935&idt=90&shv=r20241014&mjsv=m202410100101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D534c8786bf75d2ee%3AT%3D1729101614%3ART%3D1729106016%3AS%3DALNI_MbTHKZxl7gLOzTILa8TX13EitEOIw&gpic=UID%3D00000f0bc87df992%3AT%3D1729101614%3ART%3D1729106016%3AS%3DALNI_MaecMbMcxPwV-J3CvP8YQRtr_yFWw&eo_id_str=ID%3D225932ab59df61d0%3AT%3D1729101614%3ART%3D1729106016%3AS%3DAA-AfjYAtaJRoyFre-9Jvpoxw817&prev_fmts=0x0%2C1381x663%2C540x135%2C646x83&nras=3&correlator=1345960992375&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=864&u_w=1536&u_ah=816&u_aw=1536&u_cd=24&u_sd=1.375&dmc=8&adx=326&ady=4255&biw=1381&bih=663&scr_x=0&scr_y=1624&eid=44759876%2C44759927%2C44759842%2C95343853%2C31087986%2C44795921%2C95344187&oid=2&psts=AOrYGslcjKZBP8rNyXqMsKo9_ee7UG3kDVO-QFA7V0nuewoAhwew6f5C6mjCNW_yJ9RHSEjzaWSDAk_PyyLlkZwNWKgpQaiRGPUDszlWyyxPeJijpgzYhg&pvsid=2840185066704163&tmod=579718554&uas=3&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fsort%2Fdate%2Fall%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1536%2C0%2C1536%2C816%2C1396%2C663&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1.1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsW251bGwsbnVsbCxudWxsLCJkZXByZWNhdGVkX2thbm9uIl0sbnVsbCwxXQ..&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=3&fsb=1&dtd=M

Gill və Yin tərəfindən birlikdə hazırlanan tamamlayıcı PNAS kağızı həndəsə, elastik xüsusiyyətlər və böyümə sürətlərinin bağırsağın müxtəlif hissələrində müxtəlif mexaniki nümunələri necə idarə etdiyini göstərdi.

Aktiv və böyüyən yumşaq toxumaların nəzəri modelləşdirilməsi və ədədi simulyasiyaları üzrə ekspert Yin, “Biz mexaniki və həndəsi xüsusiyyətlərin morfologiyalara, xüsusən də dövri ikiqat və çoxmiqyaslı qırış-qırış nümunələri kimi daha mürəkkəb, ikincil bükülmə nümunələrinə birbaşa təsir göstərməsinə diqqət yetirdik” dedi. .

Mahadevan əlavə etdi: “Bu tədqiqatlar, xüsusilə təkamül kontekstində bağırsaq inkişafının inkişaf plastikliyinin aspektlərini araşdırmağa başlamağa imkan verir. Ola bilərmi ki, genetik siqnallardakı təbii varyasyonlar növlər arasında görülən müxtəlif funksional bağırsaq morfologiyalarına səbəb olur. Və bu siqnalların özləri orqanizmin pəhrizi kimi ətraf mühitin dəyişənlərinin funksiyası ola bilərmi?

Yin, iki məqalənin genlərin forma və ya morfogenezin inkişafına necə təsir etdiyini öyrənmək üçün yeni bir paradiqma təqdim etdiyini söylədi.

“Morfogenez hüceyrə hadisələri, toxuma dinamikası və ətraf mühitlə qarşılıqlı təsirlərdən yaranan qüvvələr tərəfindən idarə olunur” dedi Yin. “Tədqiqatlarımız molekulyar biologiya və mexaniki proseslər arasındakı boşluğu aradan qaldırır.”

Daha çox məlumat: Hasreet K. Gill et al, Hox gen fəaliyyəti cücənin kiçik və qalın bağırsaq epiteliyasını diferensial formalaşdırmaq üçün fiziki qüvvələri istiqamətləndirir, İnkişaf Hüceyrəsi (2024). DOI: 10.1016/j.devcel.2024.07.012

Hasreet K. Gill və digərləri, Cücə bağırsağında divergent bükülmə nümunələrinin inkişaf mexanikası, Milli Elmlər Akademiyasının əsərləri (2024). DOI: 10.1073/pnas.2310992121

Jurnal məlumatı: Milli Elmlər Akademiyasının Materialları , İnkişaf Hüceyrəsi  

Harvard Gazette tərəfindən təmin edilmişdir