Populärvetenskaplig presentation

Utveckling av kraniala senor i ryggradsdjurens muskuloskeletala system

Ombyggnaden av huvudet under evolutionen från käklösa till käkförsedda ryggradsdjur är en av de mest intressanta frågorna inom evolutionsbiologin. En stor del av huvudets strukturer, som brosk, dermala ben och muskler bildar det muskuloskeletala systemet under den embryonala utvecklingen. Stabilitet och funktionalitet av detta komplex är beroende av bindväv, senor och ligament.
Tidigare studier av det kraniala muskuloskeletala systemet har fokuserat framförallt på ben och muskler medan de lika viktiga senorna och ligament har fått minst uppmärksamhet. Framförallt beror det på avsaknad av specifika markörer för bindväv i huvudet och modeller som tillåter att studera alla komponenter av det muskuloskeletala systemet samtidigt. I vårt projekt identifierar vi tidiga markörer för olika muskuloskeletala strukturer som vi sedan kombinerar i en transgen modell som ger oss möjlighet att identifiera och visualisera muskler och deras fästen i levande zebrafiskembryon. Vi vill först identifiera nya regulatoriska element av gener uttryckta i muskelsenor och ligament, och sedan testa dem i zebrafiskar. Vi kommer att följa hur elementen fungerar genom att låta dem styra uttrycket av ett enzym som som heter Cre. Genom att korsa dessa fiskar med andra fiskar där uttrycket av Cre orsakar att cellerna byter färg kan vi studera hur enskilda celler bidrar till bildandet av vävnader och strukturer. Vårt mål är att finna hittills okända regulatoriska element som reglerar unika uttrycksmönster i bindväv och följa deras roll under utvecklingen av huvudets muskuloskeletala system. Den utvecklade muskuloskeletala modellen kommer att vara ett utmärkt verktyg för karakterisering av inaktiverade gener involverade i utvecklingen av huvudets strukturer. Förståelsen av bindvävs arrangemang och identifiering av viktiga regulatoriska faktorer som ligger bakom det kan ge oss nya insikter i processer som förklarar ryggradsdjurens transformation under evolutionen och dessutom ge möjliga strategier till inducering av läknings- och regenereringsprocesser i muskelsenor och ligament.

Molekylerna bakom mångfalden av mineraliserade vävnader hos ryggradsdjur

Mineraliserade vävnader såsom dentin och emalj är avgörande för funktionen av tänder och dermala odontoder hos ryggradsdjur. Odontoder bildas alltid i kontaktytan mellan epitel och mesenkym. Mesenkymet differentieras till odontoblaster som deponerar dentinmatrix, medan epitelet differentieras till ameloblaster som deponerar emaljmatrix. Under mineraliseringsprocessen bryts samtliga matrixproteiner ned och istället bildas kristaller av hydroxyapatit. Tetrapoder och lobfeniga fiskar har tänder av dentin och emalj, men dessa är bara två av en mycket större diversitet av mineraliserade odontodvävnader som finns eller har funnits bland ryggradsdjur. Strålfeniga fiskar har till exempel ganoin på fjäll och akrodin på tänder, medan broskfiskar har enameloid istället för emalj på tänder, fjäll och fentaggar. Det saknas kunskap om vilka proteiner som bildar matrix för dessa olika vävnader och på vilket sätt de utvecklas, och detta begränsar i sin tur våra möjligheter att förstå hårdvävnadernas evolution. Vi studerar evolution av gener för matrix molekylär i olika mineraliserade vävnader genom att jämföra dessa gener mellan olika ryggradsdjur. Vi identifierar vävnader som uttrycker dessa gener och mäter deras uttrycksnivåer. 
Vår studie kan förklara vilka molekyler som ligger bakom mångfalden av mineraliserade vävnader i olika grupper av fiskar och kommer ge förståelse för bildningen av olika mineraliserade vävnader hos flera basala grupper av ryggradsdjur.