通過收縮伸長拉力推動細(xì)胞形狀的變化

來自新加坡國立大學(xué)(NUS)的機(jī)械生物學(xué)研究所(MBI)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種新的細(xì)胞邊界伸長機(jī)制。細(xì)胞邊界的伸長和收縮對于指導(dǎo)細(xì)胞形狀的變化是必要的，這是組織和器官正確發(fā)育所需的。該研究于2016年8月11日發(fā)表在Current Biology上。

收縮力如何延長細(xì)胞邊界?

在胚胎發(fā)育過程中，細(xì)胞聚集形成組織和器官。這需要細(xì)胞生長，分裂，偶爾會經(jīng)歷程序性死亡。然而，在許多這些生物過程中觀察到的共同特性是細(xì)胞變形，其基本上是細(xì)胞形狀的動態(tài)變化。基于機(jī)械原理，這些形狀變化已經(jīng)被細(xì)分為細(xì)胞邊界的收縮或伸長。細(xì)胞邊界收縮已被廣泛研究，并且由細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)絲網(wǎng)絡(luò)的收縮驅(qū)動。這種可收縮網(wǎng)絡(luò)的兩個主要組成部分是肌動蛋白，一種形成長絲或電纜的結(jié)構(gòu)蛋白，肌球蛋白II，一種與肌動蛋白結(jié)合并利用能量使肌動蛋白絲相互滑過的運(yùn)動蛋白。這種網(wǎng)絡(luò)被稱為肌動球蛋白，負(fù)責(zé)在細(xì)胞中產(chǎn)生收縮力。

由于肌動球蛋白收縮是一種“牽引力”，因此很容易看出該網(wǎng)絡(luò)的活動如何拉入細(xì)胞邊界，從而引起收縮。然而，由于肌動蛋白網(wǎng)絡(luò)無法產(chǎn)生相反的“推動力”，科學(xué)家們長期以來一直試圖回答細(xì)胞邊界如何延伸的問題。

為了回答這個問題，MBI研究員副研究員Yusuke Toyama(研究的首席研究員)和Yusuke Hara博士以及曾任該研究所研究員的Murat Shagirov先生使用了活胚胎成像和激光手術(shù)探測正在發(fā)育的果蠅胚胎中的細(xì)胞邊界，這是一種與哺乳動物發(fā)育有許多相似之處的模型系統(tǒng)。研究人員將他們的調(diào)查重點(diǎn)放在一塊約200個多邊形細(xì)胞上，這些細(xì)胞稱為amnioserosa，它們“拉上拉鏈”以密封胚胎。amnioserosa細(xì)胞經(jīng)歷的動態(tài)變形使其成為研究細(xì)胞形狀變化的理想選擇。

對amnioserosa的仔細(xì)觀察和計(jì)算分析表明，細(xì)胞在兩個區(qū)域(生長和縮小的大小)以及邊界長度(變得越來越短)中經(jīng)歷了節(jié)律性變化。然而，這兩個過程并不像預(yù)期的那樣同步 - 即，面積增加的細(xì)胞不一定經(jīng)歷其所有邊界的延伸。這種并發(fā)癥促使科學(xué)家們檢查肌球蛋白II在羊膜腔中的分布。這導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)在經(jīng)歷邊界伸長的細(xì)胞旁邊的細(xì)胞中肌球蛋白II增加。通過用激光破壞這些相鄰細(xì)胞中的肌球蛋白II，終止細(xì)胞邊界伸長。

該研究揭示了肌動蛋白網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)細(xì)胞邊界的收縮和伸長。細(xì)胞內(nèi)的肌動球蛋白收縮性導(dǎo)致細(xì)胞邊界收縮。然而，正是周圍細(xì)胞中的肌動球蛋白網(wǎng)絡(luò)的活性導(dǎo)致細(xì)胞邊界的延長，表明組織中的細(xì)胞邊界伸長不是單細(xì)胞過程，而是需要來自鄰近細(xì)胞的幫助。了解相鄰細(xì)胞的肌動球蛋白網(wǎng)絡(luò)如何協(xié)作以指導(dǎo)細(xì)胞形狀的變化對于破譯許多生物過程(例如組織發(fā)育，器官專門化和傷口愈合)將是非常寶貴的。

鄭重聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載文章僅為傳播更多信息之目的，如有侵權(quán)行為，請第一時間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。

推薦內(nèi)容