Badania nad Drosophila melanogaster dostarczyły cennych informacji na temat genetycznej regulacji szerokiego zakresu zjawisk. W szczególności przeprowadzono szeroko zakrojone badania nad rozwojem komórek jajowych, ponieważ oogeneza zapewnia łatwy sposób badania wielu różnych procesów rozwojowych, w tym wzorców tkankowych, zmian polaryzacji komórek, przełączania cyklu komórkowego i regulacji translacyjnej1,2,3,4. Jednym z ważnych zdarzeń morfogennych podczas oogenezy jest specyfikacja, nabycie ruchliwości i migracja zestawu komórek zwanych komórkami granicznymi (przegląd w 5). Ponieważ migracja komórek jest kluczową cechą morfogenezy zwierząt, a genetyczna regulacja tego procesu jest dobrze zachowana, mechanizmy określone u much mogą być ważne w innych kontekstach. W związku z tym badamy molekularną kontrolę migracji komórek granicznych. Na potrzeby naszych badań opracowaliśmy nową metodę obserwacji przednich biegunów rozwijających się komórek jajowych, w których powstają komórki graniczne, aby szczegółowo zbadać, jak się rozwijają.
W jajniku, komory jajowe na różnych etapach rozwoju istnieją wzdłuż łańcuchów zwanych jajnikami, które są zamknięte w cienkiej osłonce (Rysunek 1A). Każda komora na jajka utworzy jedno jajo. Podczas oogenezy kilka różnych typów komórek musi rozwijać się w skoordynowany sposób. Komora jajowa D. melanogaster składa się z 16 komórek linii rozrodczej, w tym jednego oocytu, otoczonych jednowarstwowym nabłonkiem pęcherzykowym6. Niewielka liczba wyspecjalizowanych komórek, zwanych komórkami polarnymi, powstaje na przednim i tylnym biegunie nabłonka. 6-8 komórek granicznych pochodzi z przedniego nabłonka komory jajowej, indukowanego przez komórki polarne5,7. W połowie oogenezy (etap 9) komórki graniczne odłączają się od swoich sąsiadów i migrują między komórkami pielęgniarki, aby dotrzeć do oocytu w tylnej części komory jajowej5,7. Ruch ten musi zostać wykonany, gdy komórki graniczne pozostają w klastrze otaczającym dwie nieruchome komórki polarne, co sprawia, że jest to rodzaj zbiorowej migracji komórek. Udana migracja klastra komórek granicznych zapewnia prawidłowy rozwój mikropyla skorupki jaja, który jest niezbędny do zapłodnienia.
Komórki biegunowe przednie instruują los komórki granicznej, aktywując kaskadę transdukcji sygnału. Komórki polarne wydzielają cytokinę niesparowaną (UPD), która wiąże się z receptorem transbłonowym, Domeless (DOME), na sąsiednich komórkach pęcherzykowych na etapie 8 rozwoju oocytów8,9. Wiązanie UPD powoduje fosforylację kinazy tyrozynowej Janusa (JAK) przetwornika sygnału i aktywatora transkrypcji (STAT)8,10,11. Następnie STAT przemieszcza się do jądra, aby aktywować transkrypcję. Powolne komórki graniczne (SLBO) to czynnik transkrypcyjny, który jest bezpośrednim celem transkrypcyjnym STAT i jest również wymagany do migracji komórek granicznych12. Boczne widoki komór jajowych wskazują, że aktywność STAT jest regulowana w gradiencie w poprzek przedniego nabłonka8,11,13. Komórki pęcherzykowe znajdujące się najbliżej komórek polarnych mają najwyższy poziom aktywowanego STAT, dzięki czemu stają się komórkami granicznymi i atakują sąsiednią tkankę linii rozrodczej.
Aby zrozumieć, w jaki sposób komórki graniczne są określone wewnątrz nabłonka i od niego odłączane, musimy obserwować, jak zorganizowana jest tkanka. Jeśli spojrzymy na komory jajowe z perspektywy przed, spodziewalibyśmy się radialnej symetrii aktywności STAT w komórkach pęcherzykowych otaczających komórki polarne. Widok end-on pozwoliłby również dokładniej pokazać różnice między białkami błonowymi i interfejsami komórka-komórka przed i w trakcie odłączenia, niż porównywanie komórek w różnych płaszczyznach ogniskowych. Ponieważ komory jajowe są podłużne i połączone ze sobą komórkami łodygi, osiadają na szkiełkach bocznie, co utrudnia obserwację przedniej architektury. W ten sposób wiele informacji o komórkach na biegunach komory jajowej zostało wywnioskowanych z widoków bocznych. Chociaż pewne informacje można uzyskać za pomocą algorytmicznych rekonstrukcji 3D przekrojów optycznych, rozpraszanie światła, fotowybielanie i gorsze granice rozdzielczości w osi Z sprawiają, że informacje te są mniej szczegółowe i wiarygodne przy braku drogich technik, takich jak mikroskopia superrozdzielcza14. Inne rodzaje obrazowania opartego na przekrojach (na przykład mikroskopia elektronowa lub sekcja mikrotomowa) wymagają rozległej manipulacji tkankami, w tym odwodnienia, co zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia artefaktów. W związku z tym opracowaliśmy nową metodę obrazowania komór jajowych D. melanogaster w pozycji pionowej. Metoda ta okazała się już przydatna w wyjaśnianiu, w jaki sposób przemieszczają się komórki (patrz wyniki reprezentatywne oraz Manning i wsp., w trakcie przeglądu) i prawdopodobnie będzie bardziej wartościowa w badaniach nad innymi aspektami oogenezy.