Symmetry breaking in regenerating hydra: the role of fluctuations and cell mechanics

Abstract

The transition from an isotropic tissue to an anisotropic one is one of the rst steps in the development of multicellular organisms and not yet fully understood. While some keyplayers of the molecular processes after the initial polarization are well known, the discussion about the conclusive mechanism is ongoing. Here experiments investigating de novo symmetry breaking in hydra spheroids suggest a mechanical basis of the selforganized symmetry breaking process. Mechanical oscillations on several timescales, uctuations of the main axis orientation, and scale free behavior are connected to symmetry breaking. The process is closely linked to the cytoskeleton. Especially the presence of polymerized microtubules is crucial during the establishment of the new symmetry. A self- organization process based on inherent mechanical abilities that is able to induce polarization and a link to the wnt-pathways that are known to play a role in establishment of polarization is proposed.

Der Ubergang von einem isotropen in ein ansiotropes Gewebe ist noch nicht völlig verstanden. Während einige beteiligte genetische und molekulare Mechanismen der Polarisation bekannt sind, wird der zugrundeliegende Mechanismus des Symmetriebruchs noch diskutiert. In dieser Arbeit wird die Fragestellung mit Hilfe von regenerierenden Hydra Fragmenten untersucht. Es zeigt sich, da mechanische Fluktuationen der Symmetrie und skalenfreies Verhalten im Zusammenhang mit dem Symmetriebruch auftreten. Der zugrundeliegende Mechanismus steht in engem Zusammenhang mit dem Vorhandensein von polymerisierten Mikrotubuli. Es wird ein mechanischer, selbstorganisierender Prozess des Symmetriebruchs vorgeschlagen und eine Verbindung zu den bekannten wnt pathways vorgeschlagen.