ニワトリ、魚、カエルの進化をつなぐ数理モデル(A Mathematical Model Connects the Evolution of Chickens, Fish and Frogs)

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2023-12-06 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

◆UCサンディエゴ、ダンディー大学、ハーバード大学の研究者が、カナリアの胚を用いて行った研究で、胚の自己組織化に関する新たな理解を得ました。胚発生の段階で数学モデルを構築し、これが実験で観察された胚発生の流れを初めて正確に再現しました。モデルの「撹乱」により、カナリアで見られない細胞の流れが予測され、さらにカナリアの胚でもそれが確認されました。
◆これらの結果は、脊椎動物種全体で共通の自己組織化の物理的原則が進化している可能性を示唆しています。将来的には、この研究がバイオマテリアルデザインと再生医学の進展に寄与する可能性があります。

<関連情報>

メカノケミカルモデルが脊椎動物の明瞭な胃形成様式を再現する A mechanochemical model recapitulates distinct vertebrate gastrulation modes

Mattia Serra,Guillermo Serrano Nájera,Manli Chuai,Alex M. Plum,Sreejith Santhosh,Vamsi Spandan,Cornelis J. Weijer,L. Mahadevan
Science Advances  Published:6 Dec 2023
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adh8152

Abstract

During vertebrate gastrulation, an embryo transforms from a layer of epithelial cells into a multilayered gastrula. This process requires the coordinated movements of hundreds to tens of thousands of cells, depending on the organism. In the chick embryo, patterns of actomyosin cables spanning several cells drive coordinated tissue flows. Here, we derive a minimal theoretical framework that couples actomyosin activity to global tissue flows. Our model predicts the onset and development of gastrulation flows in normal and experimentally perturbed chick embryos, mimicking different gastrulation modes as an active stress instability. Varying initial conditions and a parameter associated with active cell ingression, our model recapitulates distinct vertebrate gastrulation morphologies, consistent with recently published experiments in the chick embryo. Altogether, our results show how changes in the patterning of critical cell behaviors associated with different force-generating mechanisms contribute to distinct vertebrate gastrulation modes via a self-organizing mechanochemical process.

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