Un nuevo estudio sugiere que los ovocitos de las ascidias utilizan la fricción interna para sufrir cambios de desarrollo posgestacionales, estableciendo un paralelo interesante con los alfareros que dan forma a la arcilla. Las ascidias o ascidias sirven como modelos importantes para comprender el desarrollo de los vertebrados y comparten similitudes con los humanos. Crédito: SciTechDaily.com
Los científicos examinan cómo las fuerzas de colisión impulsan el crecimiento de la vida marina.
Mientras un alfarero trabaja con la rueca, la fricción entre sus manos y la arcilla blanda ayuda a moldearla en todo tipo de formas y creaciones. En un paralelo fascinante, los ovocitos de las ascidias (óvulos inmaduros) utilizan la fricción entre diferentes compartimentos en su interior para sufrir cambios de desarrollo después de la fertilización. Un estudio publicado por el grupo de Heisenberg en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) 
Una fuente marina montada sobre una roca. Un organismo marino es un buen modelo para estudiar los procesos de desarrollo en los vertebrados.
Diversa vida marina: el mundo de las ascidias
El mar está lleno de fascinantes formas de vida. Desde algas y peces de colores hasta caracoles y ascidias, bajo el agua se revela un mundo completamente diferente. En particular, las ascidias o ascidias son muy inusuales: después de la etapa larvaria de libre movimiento, las larvas se asientan, se adhieren a superficies sólidas como rocas o corales y desarrollan tubos (sifones), su rasgo característico. Aunque de adultos parecen bolas de goma, son los parientes invertebrados más cercanos de los humanos. Especialmente en el estado larvario, las ascidias son sorprendentemente similares a nosotros.
Por lo tanto, las ascidias se utilizan a menudo como organismos modelo para estudiar el desarrollo embrionario temprano.
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>Vertebrados Lo que incluye a los humanos. «Si bien las ascidias exhiben características morfológicas y de desarrollo básicas de los vertebrados, tienen una simplicidad celular y genómica única.
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>Invertebrados”, explica Karl-Philipp Heisenberg, profesor del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA). «Las larvas de ascidia en particular son un modelo ideal para comprender el desarrollo temprano de los vertebrados».
Los investigadores etiquetaron la proteína actina de la corteza actomiosina (izquierda, verde) y el mioplasma (derecha, azul) para visualizar el movimiento de los óvulos después de la fertilización. A medida que la corteza de actomiosina se mueve a lo largo del fondo del óvulo, interactúa mecánicamente con el mioplasma, provocando que se doble. Las hebillas finalmente se resuelven en el polo de compresión. Crédito: © Caballero-Mancebo et al./Nature Physics
Se ha publicado un trabajo reciente de su grupo de investigación Física de la naturaleza, ofrece ahora nuevos conocimientos sobre su desarrollo. Los hallazgos sugieren que después de la fertilización de los ovocitos de ascidia, las fuerzas de fricción desempeñan un papel fundamental en la remodelación y reorganización de su interior, informando los siguientes pasos en su cascada de desarrollo.
Decodificación de la transformación de ovocitos.
Los ovocitos son células germinales femeninas implicadas en la reproducción. Después de una fertilización exitosa con esperma masculino, los ovocitos animales a menudo sufren una reorganización citoplasmática, cambiando su contenido y componentes celulares. Este proceso establece el modelo para el desarrollo posterior del embrión. En las ascidias, por ejemplo, esta reestructuración da como resultado la formación de una protuberancia en forma de campana (una ligera protuberancia o estructura en forma de nariz) llamada polo de constricción (CP), donde se acumulan sustancias esenciales que facilitan la maduración del embrión. Sin embargo, se desconoce el mecanismo subyacente que impulsa este proceso.
Formación del polo de contracción. Micro-time-lapse de los cambios en la forma celular en los ovocitos de ascidia después de la fertilización: desde el óvulo no fertilizado hasta la iniciación del polo contráctil y la absorción del polo contráctil. Crédito: ©Caballero-Mancebo et al./Nature Physics
Un grupo de científicos de ISTA, Université de Paris Cité, CNRS, King’s College London y Sorbonne Université se propusieron comprender ese misterio. Para este esfuerzo, el grupo de Heisenberg importó ascidias adultas de la Estación Marina Roscoff en Francia. Casi todas las ascidias son hermafroditas, ya que producen gametos masculinos y femeninos. “En el laboratorio los guardamos en tanques de agua salada.
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>Especieun método ideal para obtener óvulos y espermatozoides para estudiar su desarrollo embrionario temprano», afirma Silvia Caballero-Mancebo, primera autora de este estudio y ex estudiante de doctorado en el laboratorio de Heisenberg.
Formación del polo de contracción. Micro-time-lapse de los cambios en la forma de las células en los ovocitos de ascidia después de la fertilización: inicio del polo de contracción (segunda y tercera imágenes desde la izquierda) y formación del polo contráctil (cuarta imagen desde la izquierda) a partir de un óvulo no fertilizado (primera imagen desde la izquierda). Crédito: © Caballero-Mancebo et al./Física de la naturaleza
Los científicos analizaron microscópicamente los ovocitos de ascidia fertilizados y se dieron cuenta de que estaban siguiendo cambios reproducibles en la forma de las células que conducen a la formación del polo contráctil. La primera investigación de los investigadores se centró en la corteza de actomiosina (célula), una estructura funcional que se encuentra debajo de la membrana celular en las células animales. La actina está compuesta de filamentos y proteínas motoras que normalmente actúan como impulsores de los cambios de forma en las células.
«Descubrimos que cuando las células son fertilizadas, el aumento de la tensión en la corteza de actomiosina provoca una contracción, lo que provoca su movimiento (flujo), lo que provoca cambios tempranos en la forma de las células», continúa Caballero-Mancebo. Sin embargo, la actomiosina fluye durante la extensión del polo contráctil, lo que sugiere que hay actores adicionales responsables del bulto.
Silvia Caballero-Mancebo. Los graduados de ISTA encuentran una gran alegría al desentrañar los enigmas de la naturaleza y convertirlos en narrativas. Crédito: © Nadine Poncioni/ISTA
Efecto de las fuerzas de fricción en la remodelación celular.
Los científicos observaron de cerca otros componentes celulares que desempeñan un papel en la expansión del polo contráctil. Al hacerlo, encontraron mioplasma, una capa compuesta de orgánulos y moléculas intracelulares (sus formas relacionadas se encuentran en muchos huevos de vertebrados e invertebrados), ubicada en la región inferior del óvulo de ascidia. «Esta capa en particular se comporta como un cubo expansivo: cambia de forma junto con el ovocito durante la fertilización», explica Caballero-Mancebo.
Karl-Philipp Heisenberg en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA). Un grupo de investigación de biólogos celulares del ISTA estudia las ascidias y el pez cebra e intenta comprender cómo los grupos de células no estructuradas se transforman en formas elaboradas durante su desarrollo. Crédito: © Nadine Poncioni/ISTA
Durante el flujo de actomiosina en la corteza, el mioplasma se pliega y forma múltiples curvaturas debido a las fuerzas de fricción establecidas entre las dos unidades. Cuando se detiene el movimiento de actomiosina, las fuerzas de fricción también desaparecen. «Esta discontinuidad conduce finalmente a una extensión del polo contráctil, a medida que múltiples hebillas de mioplasma se resuelven en una protuberancia bien definida en forma de campana», añade Caballero-Mancebo.
El estudio proporciona nuevos conocimientos sobre cómo las fuerzas mecánicas determinan la forma de las células y los organismos. Esto muestra que las fuerzas de fricción son importantes para dar forma y dar forma a un organismo en evolución. Sin embargo, los científicos apenas comienzan a comprender el papel específico de la fricción en el desarrollo embrionario. Heisenberg añade: “El mioplasma también es muy interesante porque también participa en otros procesos embrionarios de las ascidias. Será de gran interés explorar las propiedades inusuales de sus materiales y comprender su papel en la formación de las ascidias.
Cita: Silvia Caballero-Mancebo, Rushikesh Shinde, Madison Bolger-Munro, Matilda Peruzzo, Gregory Szepp, Irene Steckery, David Labroussec, Jeriasrinesse-A «Las fuerzas de fricción determinan la reorganización citoplasmática y los cambios de forma de los ovocitos de ascidia» por Silvia Caballero-Mancebo, Andrew Kay lun-Jones, Raphael Voituriez y Carl-Philippe Heisenberg, 9 de enero de 2024, Física de la naturaleza.
DOI: 10.1038/s41567-023-02302-1
