Cambios en la forma de los tejidos epiteliales

Los Tejidos epiteliales son capas delgadas de células apretadas que cubren superficies y recubren cavidades en los animales. Estos tejidos juegan un papel crucial en la formación de órganos y estructuras en el cuerpo. Tienen un arreglo distinto, con un lado que mira hacia el mundo exterior (apical) y el otro lado (basal) conectado a otros tejidos.

#Cambios en los Tejidos Epiteliales

Cuando los tejidos epiteliales experimentan fuerzas físicas de tejidos vecinos o estructuras circundantes, pueden cambiar de forma en tres dimensiones. Estos cambios pueden ocurrir debido a presión externa, como el tejido vecino empujando contra ellos, o a través de los materiales que los rodean, que pueden comprimirlos o estirarlos. Además, las diferencias en propiedades mecánicas entre los lados superior e inferior del tejido pueden llevar a deformaciones. Por ejemplo, durante el desarrollo, ciertos tejidos en moscas de fruta sufren cambios específicos de forma que son esenciales para su correcta formación.

#Entendiendo los Cambios de Forma 3D en los Tejidos

En este contexto, observamos cómo formas tridimensionales complejas en los tejidos pueden ser generadas por patrones de deformación. Esta idea es algo similar a cómo ciertos materiales cambian de forma cuando son influenciados de maneras específicas, como los hidrogeles que se expanden o contraen al estar expuestos a humedad o calor. Estos materiales reaccionan por sí mismos a estímulos, creando formas deseadas. Estudios en plantas han mostrado que entender estos procesos puede ayudar a explicar cómo crecen y toman forma.

Sin embargo, los tejidos epiteliales animales se comportan de manera diferente a las plantas. Pueden cambiar la forma y el tamaño de células individuales y reorganizar su estructura general de manera dinámica. Esto sugiere que los mecanismos para el cambio de forma en los animales podrían ser similares a los de materiales programables, abriendo la puerta a estudios biológicos interesantes.

#Experimentación con Discos de Ala de Drosophila

Para investigar estas ideas, examinamos los discos de alas de Drosophila, o moscas de fruta, durante un proceso conocido como eversión. La eversión es cuando el disco de ala se transforma de una capa plana en una forma que se asemeja a la ala final. Esta transformación comienza con una hormona que desencadena el cambio, y puede ocurrir incluso cuando el disco de ala es removido de la mosca y cultivado por su cuenta.

En este estudio, analizamos cómo la forma de los discos de alas altera durante la eversión. Observamos que cambian de una estructura similar a un saco a una configuración donde las futuras superficies del ala se juntan. Usando técnicas avanzadas de imagen, capturamos estos cambios complejos de forma a través de diferentes etapas de la eversión.

#Observando Cambios de Forma

Antes de la eversión, el disco de ala parece un simple saco epitelial. Después del proceso, la forma se vuelve más definida a medida que las superficies dorsal y ventral del ala se juntan. Durante la eversión, podemos ver cambios significativos en la forma del tejido, particularmente en secciones transversales específicas del disco de ala.

La investigación muestra que la eliminación de la membrana externa y el desdoblamiento de regiones dobladas en el disco de ala contribuyen a estos cambios. El saco del ala, en particular, pasa de una forma de cúpula a una bilamina más plana, lo que sugiere que estas transformaciones implican cambios intrincados tanto en el tamaño del tejido como en la Curvatura.

#Analizando el Comportamiento Celular

Para explorar cómo las células dentro del disco de ala contribuyen a estos cambios de forma, nos enfocamos en su comportamiento. Segmentamos las células y monitoreamos su tamaño y elongación a medida que ocurre la eversión. Nuestros hallazgos revelan patrones distintos de forma y comportamiento celular que abarcan las varias etapas del desarrollo.

Durante las etapas iniciales, el área de las células sigue un gradiente específico y cambia gradualmente a medida que avanza la eversión. Observamos que la elongación celular es más pronunciada en las regiones exteriores del disco de ala, lo que muestra que la dinámica celular juega un papel crucial en guiar la transformación de forma.

#Rastreando Dinámicas Celulares

Para analizar mejor el comportamiento celular, desarrollamos un sistema para rastrear las distancias topológicas entre células desde el centro del disco de ala. Al medir los cambios en las propiedades celulares a través del tejido, podemos entender cómo las células se reorganizan para lograr la forma final del ala.

A medida que las células pasan por la eversión, vemos que las regiones previamente dobladas se hacen visibles, lo que nos permite comparar cómo los comportamientos celulares difieren con el tiempo. Nuestro enfoque de rastreo topológico nos permite cuantificar y visualizar estos cambios estructurales, revelando los procesos activos que ocurren dentro del tejido.

#Modelando el Proceso de Eversión

Para entender mejor cómo el comportamiento celular influye en los cambios generales de forma en los discos de alas, creamos un modelo basado en la mecánica de una red de resortes. Este modelo simula cómo podrían comportarse los tejidos bajo diferentes condiciones, utilizando el concepto de deformaciones espontáneas para describir cambios en la forma.

En nuestro modelo, los resortes representan las conexiones entre células en la capa epitelial. Al ajustar las longitudes de estos resortes, podemos simular cómo la tensión y la forma del tejido cambian a medida que avanza la eversión. Este enfoque nos permite predecir cómo los comportamientos en el plano de las células influyen eficazmente en los cambios de forma tridimensional.

#Reorganizaciones Activas Durante la Eversión

Usando el modelo, exploramos cómo las reorganizaciones celulares activas contribuyen a los cambios de forma observados en el disco de ala. Al medir los movimientos celulares durante la eversión, podemos introducir estos comportamientos en nuestro modelo como deformaciones espontáneas.

Nuestro análisis demuestra que las reorganizaciones celulares son vitales para la transformación de forma. Cuando se observan en conjunto, estas reorganizaciones conducen a un aumento en la curvatura en direcciones específicas, consistente con los cambios observados en el disco de ala real.

#Probando Predicciones con Cambios Genéticos

Para validar nuestro modelo, examinamos los efectos de reducir las reorganizaciones celulares activas en el disco de ala al eliminar una proteína específica, MyoVI. Esta reducción altera los comportamientos de las células durante la eversión y conduce a una forma de tejido distinta que se desvia del fenotipo normal.

A pesar de las similitudes iniciales en la forma, la reducción de MyoVI resulta en un fallo para formar la bilamina plana esperada después de la eversión. Las mediciones de curvatura tomadas durante este proceso revelan diferencias significativas entre los discos de ala de MyoVI knockdown y los de tipo salvaje, destacando lo crítico que son estos comportamientos celulares activos para la correcta formación del tejido.

#Resumen de Hallazgos

En resumen, nuestro estudio arroja luz sobre cómo los tejidos epiteliales sufren cambios drásticos de forma a través de la acción combinada de comportamientos celulares activos. Ofrecemos una nueva forma de cuantificar y analizar estas dinámicas, estableciendo paralelismos con materiales programables para resaltar los principios mecánicos detrás de la morfogénesis del tejido.

Al integrar observaciones experimentales con modelado teórico, demostramos que tanto las reorganizaciones celulares como los cambios activos de área impulsan la forma final del tejido durante la eversión. El papel de la elongación celular emerge como una respuesta pasiva a estos comportamientos activos, sugiriendo una compleja interacción de fuerzas en juego durante este proceso de desarrollo crítico.

Estos aprendizajes avanzan nuestra comprensión de la dinámica del tejido y podrían informar futuros estudios sobre varios eventos morfogenéticos, sugiriendo que los principios de programabilidad de forma pueden extenderse a otros sistemas biológicos también.