En 1985, Brodland y Gordon propusieron por primera vez un modelo basado en la mecanoquímica para la inducción neuronal primaria . [1] Propusieron que existe un orgánulo biestable mecánicamente sensible hecho de microtúbulos y microfilamentos en los extremos apicales de las células dentro de láminas celulares que están a punto de diferenciarse (que son competentes) y que estas células están bajo tensión mecánica. Los microtúbulos y los microfilamentos están en oposición mecánica en un orgánulo embrionario propuesto que llamaron divisor del estado celular. Dependiendo de dónde se encuentre la célula dentro de una lámina, la tensión se resolverá ya sea por la contracción del extremo apical o por la expansión del extremo apical. La resolución comenzará en un punto y se extenderá al resto del tejido limitado por otras fuerzas mecánicas en los límites. Se ha encontrado una onda física real de contracción que atraviesa el presunto epitelio neuronal de la salamandra en desarrollo, el ajolote ( Ambystoma mexicanum ). La trayectoria de la onda de contracción fue más compleja de lo previsto en el modelo original, sin embargo, se originó en la ubicación precisa del organizador de Spemann y atravesó solo el presunto epitelio neural. [2] La microscopía electrónica mostró que también hay filamentos intermedios presentes en el divisor del estado celular. [3] También se descubrieron ondas adicionales de contracción y expansión mediante fotografías con lapso de tiempo de la gastrulación del ajolote . Entre ellas, había una onda de expansión que ocurre en el ectodermo solo en el presunto epitelio. Cuando las trayectorias de las ondas se superpusieron en el mapa del destino del ajolote, se demostró que existe una combinación única de ondas de expansión y contracción que se correlaciona con los tipos de tejido determinados durante la gastrulación y que este conjunto de trayectorias de ondas podría explicar la forma del mapa del destino. [4]
Björklund (ahora Gordon) y Gordon propusieron por primera vez en 1993 una base bioquímica para la transducción de señales desde el citoesqueleto al núcleo que da lugar a cambios en la expresión génica [5] . Esto daría lugar a una transducción bioquímica de la señal biomecánica desde el citoesqueleto que, de este modo, se transmite al núcleo. Esto, a su vez, señala los cambios en la expresión génica. Si la célula ha experimentado contracción, se envía una señal y si la célula ha experimentado expansión, se envía otra señal. La señal del citoesqueleto es lo que determina el destino celular. El fenómeno de los gradientes genéticos durante el desarrollo se descarta como un epifenómeno resultante del paso de la onda biomecánica que inicia cambios en la expresión génica en células individuales a medida que la onda pasa a través de una capa celular. [6] Han delineado su investigación y su teoría de las ondas de diferenciación en detalle en su libro Embryogenesis Explained . Por ejemplo, la primera diferenciación que tiene lugar durante la compactación de los mamíferos se explica en términos de su modelo de ondas de diferenciación de la siguiente manera: Las células en el exterior de la mórula se expanden debido al efecto de su posición en el exterior de la bola temprana de células y se determinan como trofoblasto . Las células en el interior de la bola se contraen en cambio debido a la fuerza mecánica de estar en el interior y se determinan como la masa celular interna . Toda otra actividad, como los cambios en la expresión genética, las proteínas de señalización, la liberación de morfógenos y los cambios epigenéticos , se consideran el resultado de la diferenciación después de la respuesta del citoesqueleto a las señales mecánicas que luego determinan el destino celular utilizando señales puramente mecánicas. [7] [8] El fracaso del cierre del tubo neural se explica como un fracaso de la metilación del citoesqueleto del tejido neural en desarrollo para aquellos defectos del tubo neural que son sensibles al folato y se previenen con la suplementación con ácido fólico . [9]