The vast diversity of life on Earth develops from relatively uniform beginnings
via self-organised movements occurring between groups of cells. Whilst
the variety of shapes resulting from morphogenesis is boundless, the number
of distinct geometrical and topological changes that it comprises, are limited.
The control of biological form arises from an interplay between molecular biology
and biomechanics. In this work we adopt a biophysical approach to
study the regulation of a topological transformation ...
The vast diversity of life on Earth develops from relatively uniform beginnings
via self-organised movements occurring between groups of cells. Whilst
the variety of shapes resulting from morphogenesis is boundless, the number
of distinct geometrical and topological changes that it comprises, are limited.
The control of biological form arises from an interplay between molecular biology
and biomechanics. In this work we adopt a biophysical approach to
study the regulation of a topological transformation that occurrs during the
development of the fruit fly Drosophila melanogaster. Shortly before the
Drosophila embryo transitions into a larva, it first covers its entire body in a
single epidermal tissue layer. To achieve this, two layers of epidermis stretch
laterally around the embryo and fuse dorsally, sealing a gap that was previously
filled by a dying, pulsatile tissue, the amnioserosa (AS). This process
is known as dorsal closure, and has drawn significant interest as a model
system for other tissue fusion events, such as wound healing and neural tube
closure.
In this work, we first consider the global control of the process, deriving a
biophysical description of the system from first physical principles: namely
a force balance at the two corners (canthi) of the opening, and the Young-
Laplace relationship around its contour. This represents an advancement on
previous work in terms of the simplicity of the model, and the introduction of
a term for AS volume loss to a two-dimensional description. In the second
part of this thesis, we focus on the role of the pulsatile behaviour of the
AS. We report on a new experimental assay for mechanically perturbing
the Drosophila embryo. Combining this with the use of a novel method for
extracting quantitative information from confocal cell images, we investigate
the response of the AS to mechanical stretch. Finally, we propose a dual
role for cortical myosin flows in the AS, both to offer structural supportjunctions are stretched, and to promote endocytotically mediated removal
of excess junctions.
+
La gran diversitat de vida a la terra es va desenvolupar arran d’uns inicis relativament
uniformes i mitjançant moviments autoorganitzats que varen ocórrer
entre grups de cèl·lules. Mentre que la varietat de formes que sorgeixen
de la morfogènesi és il·limitada, el nombre de canvis geomètrics i topològics
que la constitueixen és limitat. El control de la forma biològica sorgeix de la
interacció entre la biologia molecular i la biomecànica. En aquest treball hem
adoptat una aproximació biofísica per ...
La gran diversitat de vida a la terra es va desenvolupar arran d’uns inicis relativament
uniformes i mitjançant moviments autoorganitzats que varen ocórrer
entre grups de cèl·lules. Mentre que la varietat de formes que sorgeixen
de la morfogènesi és il·limitada, el nombre de canvis geomètrics i topològics
que la constitueixen és limitat. El control de la forma biològica sorgeix de la
interacció entre la biologia molecular i la biomecànica. En aquest treball hem
adoptat una aproximació biofísica per estudiar la regulació d’una transformació
topològica que té lloc durant el desenvolupament de la mosca de la fruita
Drosophila melanogaster. Just abans que l’embrió de Drosophila esdevingui
en larva, el seu cos es cobreix amb un únic estrat de teixit epidèrmic. Per
aconseguir-lo, dues capes d’epidermis s’estiren lateralment envoltant l’embrió
i es fusionen dorsalment, segellant un locus que prèviament estava ple d’un
teixit mort i pulsatiu anomenat amnioserosa (AS). Aquest procés es coneix
com a "tancament dorsal" i resulta de gran interès com a model per estudiar
altres esdeveniments de fusió tissular, com ara la cicatrització de ferides o el
tancament del tub neural.
Amb aquest projecte, en primer lloc fem una anàlisi del control global del
procés, derivant una descripció biofísica del sistema a partir de principis
bàsics primordials de la física: aquests principis són una força d’equilibri en
els dos cantons (canthi) de l’obertura, i la relació Young-Laplace al voltant
del seu contorn. Aquest model representa un avenç en relació a treballs previs
com a conseqüència de la seva simplicitat, i la introducció d’un terme
per a la pèrdua de volum de l’AS en una descripció de dues dimensions.
En la segona part de la tesi, ens centrem en el paper que té el comportament
pulsatiu de l’AS, ampliant el coneixement existent sobre un nou assaig
experimental que pertorba mecànicament l’embrió de la mosca Drosophila.
Combinant aquesta aproximació amb un nou mètode per extreure informa-ció quantitativa d’imatges confocals de les cèl·lules, investiguem la resposta
de l’AS a l’estrès mecànic. Finalment, proposem una doble funció per als
fluxos corticals de miosina a l’AS: donant suport estructural a les unions que
s’estiren i promovent l’eliminació de l’excés d’unions mitjançant l’endocitosi
+
Programa de doctorat en Biomedicina