Bei embryonalen Zellen erhalten das Signal , um den Anruf zu spezialisieren kann schnell kommen . Oder es langsam ankommen. Jetzt neue Forschung von der Rockefeller University schlägt die Geschwindigkeit, mit der eine Zelle in einem Embryo erhält dieses Signal einen unerwarteten Einfluss auf das Schicksal dieser Zelle hat . Bisher wurde nur Konzentration der chemischen Signalen gedacht, bei der Bestimmung , ob die Zelle würde sich zum Beispiel Muskel, Haut , Gehirn oder Knochensubstanz .
" Es stellt sich heraus , dass, wenn hochgefahren langsam genug ein anderes starkes Signal löst keine Antwort von der aufnehmenden Zellen . In der Zwischenzeit ein pulsierendes , Ein-Aus- Signal erscheint , um eine stärkere Wirkung als eine Konstante eine haben ", sagt Forscher Ali Brivanlou , Robert und Harriet Heilbrunn Professor und Leiter des Labors für Molekulare Embryologie Wirbeltier . Diese Forschung ist die neueste Zusammenarbeit zwischen Brivanlou und Eric Siggia , Viola Ward Brinning und Elbert Calhoun Brinning Professor an der Rockefeller Zentrum für Studien in Physik und Biologie .
"Bis jetzt war es nicht möglich gewesen, zu testen, wie Geschwindigkeit oder andere zeitliche Dynamik Reaktion einer Zelle auf ein Signal zu beeinflussen. Aber durch die Anpassung Technologie, ermöglicht eine sehr präzise Kontrolle über diese Aspekte , fanden wir eindeutige Beweise dafür , dass das Signal allein Ebene nicht bestimmen das Schicksal einer Zelle . die Präsentation ist auch sehr wichtig ", sagt Siggia .
Gemeinsam hat das Team nannte die Entdeckung " Geschwindigkeit fating . " Ihre Arbeit wird im August in Developmental Cell veröffentlicht.
Biologen kennen eine Zelle bestimmt seine Position in einem Embryo , und als ein Ergebnis dessen zukünftige Rolle , basierend auf der chemischen Signale von seinen Nachbarn . Vor etwa 50 Jahren ist die Entwicklungsbiologe Lewis Wolpert vorgeschlagen, dass diese Bestimmung hängt von der Konzentration des Signals an dem eine Zelle ausgesetzt ist : Gehen Sie über einem bestimmten Schwellenwert und Sie erhalten ein Schicksal , unten, und Sie eine zweite bekommen . Sein Vorschlag wird als Französisch-Flag -Modell bekannt , nachdem eine dreifarbige Grafik verwendet werden, um drei Zellschicksaleauf Basis von Positionen jener Zellen " in Bezug auf die Quelle des Signals repräsentieren .
Frühere Arbeiten von Brivanlou und Siggia Zweifel an der Bedeutung der alleinigen Konzentration ausgetrieben hatte. Verwendung eines gemeinsamen Entwicklungs Signalweg wie TGF- β bekannt , das Team dokumentiert , was als adaptive Antwort von Zellen auf TGF- β -Signalmoleküle ausgesetzt bekannt. Diese Antwort erreichte dann im Laufe der Zeit zurückgegangen , obwohl die Signalmoleküle vorhanden geblieben. (Denken Sie an , wie eine ständige Lärm schließlich verschwindet im Hintergrund . ) Wenn der alleinige Konzentration auf eine Antwort verantwortlich Faktor war , dann ist die Antwort sollte fortgeführt , solange das Signal vorhanden war haben .
Als Folgemaßnahme zu dieser Arbeit , Benoit Sorre , einem ehemaligen Rockefeller Postdoc jetzt an der Universität Paris Diderot, angepasst, um ein System, das den Einsatz von miniaturisierten Netzwerke von Rohrleitungen, Pumpen, Ventile und Probenkammern alle computergesteuert ist . Für Experimente , tat er sich mit Aryeh Warmflash , der Postdoc , der den vorherigen TGF- β Arbeit führen . Gemeinsam arbeiteten sie mit Mauszellen , die das Potenzial in den Muskel oder Knorpel und Knochen zu unterscheiden haben . Vorläuferzellen , wie diese, die in einer begrenzten Anzahl von Geweben differenzieren können , sind die Nachkommen der Stammzellen . In Experimenten mit neuen System Sorre die , die Forscher ausgesetzt diese Vorläuferzellen auf Signalmoleküle aus der TGF- β -Weg , und dann aufgezeichnet Reaktionen der Zellen , um zu sehen , wenn das Signal aktiviert den Weg , der sie führt zu einem Schicksal zu wählen.
Sorre und Warmflash begann mit einem Dauersignal . Als Warmflash früheren Arbeiten vorgeschlagen , hat dieser finger stuck- on-the- Summer Ansatz nicht eine kontinuierliche Reaktion der Zellen produzieren . Stattdessen ging die Antwort. Eine zweite Reihe von Tests zeigten eine Reihe von kurzen Impulsen des Signals erzeugt eine stärkere Reaktion als ein kontinuierliches Signal .
Schrittweise Erhöhung der Konzentration des Signals , schien jedoch die entgegengesetzte Wirkung haben . Die Forscher hochgefahren , die Konzentration des Signals über einen Zeitraum so kurz wie 5 Stunden oder so lange wie 40 Stunden. Je länger die Periode und je langsamer die Wachstumsrate , desto schwächer ist die Antwort der Zellen . Die auf eine 40-Stunden- Lauf unterzogen Zellen fast gar nicht registriert.
Basierend auf diesen Experimenten formuliert das Team ein mathematisches Modell zu beschreiben, wie eine Zelle eines Embryos kann ihre Position in Bezug auf die Quelle des Signals zu schließen. Auf diese Weise bietet der Forschung eine neue Sicht auf die Französisch-Flag -Modell : Es ist immer noch wahr, dass die Schicksale von drei Zellen können auf der Grundlage ihrer Position zugeordnet werden , aber die Zellen scheinen in diesen Schicksalen schneller als bisher angenommen zu gelangen, dank der adaptive Antwort, berücksichtigt sowohl die Höhe und die Geschwindigkeit eines Signals erfolgt .
"Dieses Ergebnis ist ein weiteres Beispiel für eine produktive Zusammenarbeit zwischen Biologen und Physiker . Keine der beiden Gruppen , Biologen und Physiker , könnte dieses Ergebnis allein zu arbeiten realisiert zu haben", sagt Siggia .