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揭示控制胚胎尺寸和細(xì)胞命運(yùn)的水力控制機(jī)制

2019-06-18 09:30來源：生物谷


尺寸控制是組織發(fā)育和組織穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)。雖然細(xì)胞增殖在這些過程中的作用已得到廣泛研究，但是控制胚胎尺寸的機(jī)制以及這些機(jī)制如何影響細(xì)胞命運(yùn)仍是未知的。


在一項新的研究中，來自德國歐洲分子生物學(xué)實驗室、美國哈佛大學(xué)、德雷塞爾大學(xué)和日本京都大學(xué)的研究人員使用小鼠胚泡作為模型來揭示充滿液體的腔（下稱充液腔）在控制胚胎尺寸和確定細(xì)胞命運(yùn)方面所起的關(guān)鍵作用。相關(guān)研究結(jié)果于2019年6月12日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Hydraulic control of mammalian embryo size and cell fate”。

這些研究人員發(fā)現(xiàn)在在胚泡發(fā)育過程中充液腔壓力增加了兩倍，這種壓力增加轉(zhuǎn)化為位于充液腔內(nèi)壁上的滋養(yǎng)外胚層的細(xì)胞皮質(zhì)張力和組織硬度的同時增加。增加的皮質(zhì)張力導(dǎo)致紐蛋白（vinculin）機(jī)械傳感和功能性緊密連接的成熟，從而建立正反饋回路來適應(yīng)充液腔生長。


當(dāng)這種皮質(zhì)張力達(dá)到臨界閾值時，在有絲分裂進(jìn)入期間，細(xì)胞間粘附不能持續(xù)保持，這導(dǎo)致滋養(yǎng)外胚層破裂和胚泡塌陷。一種簡單的水力門控振蕩理論概括了觀察到的尺寸振蕩的動態(tài)變化，并預(yù)測了胚胎尺寸隨組織體積的變化。


這種理論進(jìn)一步預(yù)測，受到破壞的緊密連接或增加的組織硬度導(dǎo)致較小的胚胎尺寸，這些研究人員通過生物物理學(xué)、胚胎學(xué)、藥理學(xué)和遺傳學(xué)擾動驗證了這一點。充液腔內(nèi)壓力和尺寸的變化能夠影響滋養(yǎng)外胚層的細(xì)胞分裂模式，從而影響細(xì)胞分配和命運(yùn)。


由此可見，這項新的研究揭示了充液腔壓力和組織力學(xué)如何在組織水平上控制胚胎尺寸，而在細(xì)胞水平上，這與細(xì)胞位置和命運(yùn)密切相關(guān)。