В статье, опубликованной 5 сентября в журнале Biophysical Journal, группа доцента Кенсуке Каваде из Института интегративной биологии Окадзаки и Национального института фундаментальной биологии в Японии показала, что коактиватор транскрипции ANGUSTIFOLIA3 (AN3) образует формы сигнальный градиент вдоль проксимально-дистальной оси листа для определения домена клеточной пролиферации. В частности, с помощью экспериментальных и теоретических подходов они продемонстрировали, что чистой диффузии в растущей ткани достаточно для объяснения образования градиента AN3. Эта работа предоставляет доказательства того, что модель морфогена, основанная на диффузии, жизнеспособна в формировании паттернов развития многоклеточных организмов.
Пространственный градиент сигнальных молекул имеет решающее значение для установления закономерностей развития многоклеточных организмов. Около полувека назад в основополагающей работе была предложена теория, согласно которой чистая диффузия сигнальных молекул из ограниченного источника может объяснить установление таких градиентов в тканях (Crick, 1970). Несмотря на известность этой диффузионной модели в разработке, количественные исследования, в основном проведенные на животных, еще не продемонстрировали этот простой механизм в многоклеточных тканях.
В статье, опубликованной в Biophysical Journal, группа доктора Каваде из OIBB/NIBB в сотрудничестве с учеными из Института Жака Моно (Франция), Университета Риккио (Япония) и Токийского университета (Япония) решила давний аргумент модели, основанной на диффузии, для формирования градиента морфогена. Они измерили молекулярный транспорт через плазмодесмы, уникальный клеточный канал в растениях, непосредственно соединяющий соседние клетки, с помощью трансмасштабных анализов FRAP (восстановление флуоресценции после фотообесцвечивания). Этот анализ выявил биофизические свойства диффузионного молекулярного транспорта через плазмодесмы. Основываясь на этой основанной на диффузии структуре, им удалось продемонстрировать, что градиент AN3 может быть достигнут исключительно за счет чистого процесса диффузии через плазмодесмы в развивающихся зачатках листьев. Поскольку градиент передачи сигналов AN3 соответствует домену клеточной пролиферации, это исследование может объяснить, как пространственная и временная динамика клеточной пролиферации и, следовательно, рост ткани регулируются во время развития листа.
Эти открытия обеспечивают значительный шаг вперед в нашем понимании того, как простой биофизический феномен «диффузия» управляет формированием паттернов развития многоклеточных организмов.