Mensen en andere dieren lijkt te symmetrisch aan de buitenkant, maar symmetrie is slechts oppervlakkig. Vele lichamelijke organen, zoals de maag, het hart en de lever, worden getipt aan de linker-of rechterzijde. Dus hoe het zich ontwikkelende embryo te onderscheiden van rechts naar links?
Salk wetenschappers hebben nu ontdekt dat de basis voor de basis-links-rechts bouwplan worden gelegd door een microscopisch kleine 'pomp' op het buitenste oppervlak van de onderkant van de embryo's die chemische boodschappers waait over naar de linkerkant van het lichaam. Dit wordt een chemische concentratie gradiënt dat stamcellen hoe en waar te ontwikkelen vertelt. De opmerkelijke bevindingen, met inbegrip van movie beelden van de 'pump,' zijn gepubliceerd in het mei 20e editie van het tijdschrift Cell.
Juan Carlos Izpisúa Belmonte en zijn collega's bestudeerden de ventrale knooppunt, een klein stukje van gespecialiseerde cellen op het buitenste oppervlak van de onderkant ("ventrale" kant) van de vroege embryo's in tal van dieren. Elke cel in het ventrale knooppunt heeft een enkele, snel roterende draad (cilium) uitsteekt uit het celoppervlak. Belmonte en collega's aan de Universiteit van Tokyo in Japan had eerder aangetoond dat het ventrale knooppunt en de roterende cilia de links-rechts bouwplan beïnvloeden, maar tot nu toe niemand wist dat de mechanismen die betrokken zijn.
In de huidige studie, Belmonte het team ten opzichte van de ventrale knoop in embryo's van muizen, konijnen en vissen, en ontdekte hetzelfde mechanisme in al deze dieren: de snelle, met de klok mee draaien van de zweep-achtige trilharen was actief verplaatsen van vocht uit de goede kant op de linkerkant van de zich ontwikkelende embryo.
De Salk wetenschappers waren geïntrigeerd door de bevinding omdat het bos van roterende cilia waren meer kans op een whirlpool dan een rivier te creëren. "De een richting stroom die door de rotatie-achtige beweging van de trilharen vereiste een specifiek mechanisme, want een simpele omtrekkende beweging zou hebben, logisch maar, een vortex geproduceerd", zegt Belmonte.
De komende drie jaar, met behulp van een combinatie van wiskundige modellering, high-speed video-opname, en elektronenmicroscopie, Belmonte en zijn collega's Salk Marta Ibañes en Diego Rasskin-Gutman gewerkt om deze puzzel op te lossen samen met hun medewerkers in het Parc Cientific de Barcelona in Spanje en aan de Universiteit van Tokyo in Japan. De wetenschappers ontdekten dat de trilharen een stroom opwekken, omdat ze getipt over bij een 40-graden, in plaats van als een twirling parasol over de schouder van een Southern Belle. Hun live (in vivo) waarnemingen functie in de huidige cel artikel.
De trilhaartjes, die twirl op 10 cycli per seconde, waren te snel voor conventionele video-opname en dus de wetenschappers gevangen hun complexe bewegingen op een speciaal aangepaste high-speed video beweegt met 500 frames per seconde.