Oddělení vývojové mechanobiologie

Výzkum

Kvantitativní živé zobrazování, dynamika cytoskeletu, genetika hlístic, biofyzika, evoluční vývoj (evo‑devo)

Tvar živočicha vzniká během embryonálního vývoje postupně podle jeho druhu. Během tohoto sledu událostí, souhrnně označovaného jako „morfogeneze embrya“, embryo neustále mění svůj tvar. Naše laboratoř se zajímá o mechanismy generující sílu, jež tyto změny tvaru řídí.

Snažíme se řešit následující otázky:

  1. Jak vznikají síly molekulárního měřítka ve vyvíjejících se embryích?
  2. Jak řídí síly molekulárního měřítka změny tvaru embrya?
  3. Jak se tyto mechanismy generující síly mění v evolučním časovém měřítku?  

Náš výzkum se pohybuje na pomezí buněčné biologie, evoluční vývojové biologie (evo‑devo) a biofyziky a využívá kvantitativní metodologii všech těchto oborů.

Síly pohánějící morfogenezi embrya jsou generovány cytoskeletem embryonálních buněk a vznikají především v aktomyozinovém kortexu: husté dvourozměrné síti zesíťovaných polymerů aktinu, jež se nachází přímo pod plazmatickou membránou (viz obr. 1). Tažením a kroucením aktinových polymerů mohou myozinové motory a četné pomocné proteiny vytvářet aktivní síly v kortikální vrstvě. Přesná časoprostorová regulace těchto molekulárních sil ve vyvíjejících se embryích nakonec vede ke změnám tvaru nezbytným pro morfogenezi embrya v buněčném měřítku. 

S použitím Caenorhabditis elegans a příbuzných druhů hlístic studujeme, jak molekulární síly generované v aktomyozinové vrstvě vedou k morfogenetickým tvarovým změnám u raných embryí. Za tímto účelem spojujeme možnosti genetiky C. elegans s časosběrným zobrazováním raných embryí (s vysokým rozlišením i superrozlišením), kvantitativní analýzou obrazu a biofyzikálním modelováním.

Aktomyozinový kortex jednobuněčného embrya Caenorhabditis elegans. Aktomyozin je vizualizován pomocí fluorescenčních markerů pro vláknitý aktin (F-aktin, fialová) a pro oblasti, kde vznikají aktivní síly a momenty (aktivní RhoA, azurová). Spodní panely ukazují zvětšenou oblast označenou v horním panelu.