Механохимическая модель первичной нейронной индукции была впервые предложена в 1985 году Бродландом и Гордоном . [1] Они предположили, что существует механически чувствительная бистабильная органелла, состоящая из микротрубочек и микрофиламентов на апикальных концах клеток внутри клеточных листов, которые собираются дифференцироваться (которые являются компетентными), и эти клетки находятся под механическим натяжением. Микротрубочки и микрофиламенты находятся в механическом противодействии в предложенной эмбриональной органелле, которую они назвали разделителем состояния клетки. В зависимости от того, где находится клетка внутри листа, натяжение будет разрешаться либо сокращением апикального конца, либо расширением апикального конца. Разрешение начнется в одной точке и распространится на остальную часть ткани, ограниченную другими механическими силами на границах. Была обнаружена фактическая физическая волна сокращения, которая пересекает предполагаемый нейронный эпителий развивающейся саламандры, аксолотля ( Ambystoma mexicanum ). Траектория волны сокращения была более сложной, чем предсказывалось в исходной модели, однако она действительно исходила из точного местоположения организатора Шпемана и пересекала только презумптивный нейральный эпителий. [2] Электронная микроскопия показала, что промежуточные филаменты также присутствуют в сплиттере состояния клетки. [3] Дополнительные волны как сокращения, так и расширения были также обнаружены с помощью покадровой съемки гаструляции аксолотля . Среди них была волна расширения, которая происходит в эктодерме только в презумптивном эпителии. Когда траектории волн были наложены на карту судьбы аксолотля, было показано, что существует уникальная комбинация волн расширения и сокращения, которая коррелирует с типами тканей, определенными во время гаструляции, и что этот набор волновых траекторий может объяснить форму карты судьбы. [4]
Биохимическая основа для передачи сигнала от цитоскелета к ядру, приводящая к изменениям в экспрессии генов, была впервые предложена Бьёрклундом (теперь Гордоном) и Гордоном в 1993 году [5]. Это привело бы к биохимической передаче биомеханического сигнала от цитоскелета , который таким образом передается в ядро. Затем это сигнализирует об изменениях в экспрессии генов. Если клетка испытала сокращение, посылается один сигнал, а если клетка испытала расширение, посылается другой сигнал. Сигнал от цитоскелета является тем, что вызывает определение судьбы клетки. Явление градиентов генов во время развития отклоняется как эпифеномен, возникающий в результате прохождения биомеханической волны, инициирующей изменения в экспрессии генов в отдельных клетках, когда волна проходит через клеточный слой. [6] Они подробно изложили свои исследования и свою теорию волн дифференциации в своей книге Embryogenesis Explained . Например, первая дифференциация, которая происходит во время уплотнения млекопитающих, объясняется с точки зрения их модели волн дифференциации таким образом; Клетки снаружи морулы расширяются из-за эффекта их положения снаружи раннего клеточного шара, и они определяются как трофобласт . Клетки внутри шара сокращаются вместо этого из-за механической силы, находясь внутри, и они определяются как внутренняя клеточная масса . Вся остальная активность, такая как изменения в экспрессии генов, сигнальных белках, высвобождение морфогенов и эпигенетические изменения , считается результатом дифференциации после реакции цитоскелета на механические сигналы, которая затем определяет судьбу клетки с помощью чисто механических сигналов. [7] [8] Неспособность закрыть нервную трубку объясняется как неспособность метилирования цитоскелета развивающейся нервной ткани для тех дефектов нервной трубки , которые чувствительны к фолату и предупреждаются добавлением фолиевой кислоты . [9]