根據(jù)加州大學伯克利分校的最新研究，皮膚的橡膠狀彈性在伸展后收縮至其原始形狀，是發(fā)育過程中規(guī)則間隔的毛發(fā)和汗腺發(fā)育的關鍵。

這些發(fā)現(xiàn)，它們來自于雞如何實驗皮膚的胚胎蛋內(nèi)的發(fā)展產(chǎn)生羽毛，可以提供關于如何生長移植的人造皮膚，看起來像正常人皮膚，完整的毛囊和汗毛孔提示。只有正確生長的皮膚緊張可以建立這些有組織的結構，而無需添加化學物質(zhì)來觸發(fā)它們。

該研究首次將細胞之間的溫和拉鋸作為生物體生長與特定基因聯(lián)系起來，使細胞分化成不同的細胞類型，例如將通用皮膚細胞轉變?yōu)閷ｉT的卵泡細胞 - 最終是一根羽毛。

加州大學伯克利分校和細胞系的米勒博士后研究員，胚胎學家Amy Shyer說：“胚胎中的皮膚細胞相互拉扯，最終相互拉成小堆，每個細胞都成為卵泡。”生物學。“真正關鍵的是沒有特定的遺傳程序來建立這種模式。所有這些細胞最初都是相同的，它們具有相同的遺傳程序，但它們的機械行為會在堆積的細胞中產(chǎn)生差異。翻轉開關，在皮膚上形成一層毛囊。“

Shyer和Alan Rodrigues，一位獨立的生物學家和前加州大學伯克利分校的訪問學者，是一篇關于7月13日在線發(fā)表的科學雜志的論文的第一作者。

該研究將兩個關于生物體復雜復雜性的思想聯(lián)系起來。一個是有機體的完整身體計劃是由一個遺傳程序決定的，該程序從受孕開始并決定每個細胞的命運。另一個更古老的想法是細胞之間的相互作用和它們生長的東西是決定它們命運的關鍵：例如，在皮膚中，它們是否成為汗腺細胞或毛細胞，或保持皮膚細胞。

“我們的一個關鍵斷言是，這種模式的規(guī)范并沒有直接編碼在基因組中;沒有增強劑說，你將成為一個卵泡，你不是，這是很多人經(jīng)常想到的關于它，“羅德里格斯說。增強子是調(diào)節(jié)基因表達的基因上游的短片段DNA。

牽引力與阻力

在這項研究中，Shyer和Rodrigues測試了不同類型的材料，用于生長從一周齡雞蛋中取出的皮膚，使用模仿鳥類皮膚下組織僵硬的人造基質(zhì)。其中許多材料是由研究生Elena Kassianidou在加州大學伯克利分校生物工程學教授Sanjay Kumar的實驗室中產(chǎn)生的，他研究了機械力對癌癥和干細胞生物學的作用。兩人都是該研究的共同作者。

當他們將一塊皮膚 - 外表皮和下面的真皮 - 轉移到這些材料上時，他們發(fā)現(xiàn)，當真皮中的細胞能夠強烈地拉向基底時，它們往往會聚集在許多均勻間隔的斑點中。皮膚。這些聚集體擠壓了上覆表皮中的相鄰細胞，這些細胞激活了那些使它們成為羽毛毛囊的細胞中的基因。結果：有序的卵泡排列，就像正常的雞一樣。

當基質(zhì)材料太硬或太軟而不能使細胞推拉時，真皮細胞全部一起聚集成一束，擠壓表皮，只產(chǎn)生一個卵泡。

在理想的基質(zhì)硬度范圍內(nèi)，較硬的材料產(chǎn)生更緊密的卵泡，這可以解釋羽毛在雞的不同部位間距不同的事實。

“這種對拉力的抵抗，稱為牽引力，是形成許多骨料的關鍵，因為它限制了細胞移動的距離，”Shyer說。“如果沒有阻力，細胞會相互強烈地拉動并自由地移動到一個大的骨料中。”

羅德里格斯補充說：“希望聚集在一起的細胞之間的基本張力和它們的邊界抵抗它們，這使得你能夠以一種新興的方式創(chuàng)造出一系列間隔的圖案。”

Shyer說，皮膚是從雞胚中獲得的，其發(fā)育類似于人類大約一個月的妊娠期，人類胚胎看起來最像其他動物，從雞和龜?shù)嚼鲜蠛腿祟?。這也是內(nèi)部器官的粗略輪廓開始分化和看起來像是心臟，肺或肝臟的點。

“這表明我們在這個特定階段發(fā)現(xiàn)的原則在所有動物中都是高度保守的，并且可能是一種基本機制，”羅德里格斯說。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，擠壓表皮細胞推動了一種蛋白質(zhì)β-連環(huán)蛋白，它通常位于表皮細胞表面，使其重新定位到細胞核。在那里，它打開了一個開關，啟動了遺傳程序，使每一團細胞分化成羽毛囊。

在應用方面，羅德里格斯說：“我們已經(jīng)非常善于吸收干細胞并使它們進入不同的命運，但我們并不擅長以干凈的方式控制這些細胞如何在它們分化時組織成獨特的結構。他們需要采用正確的命運，也是正確的建筑。

“弄清楚如何同時實現(xiàn)正確的命運和正確的架構是胚胎已經(jīng)解決的問題。我們正在提出胚胎正在使用的設計原則，可以用來重新思考我們在盤子里進行組織工程的方式，特別考慮機制和細胞命運決定如何協(xié)同工作。“

該研究的主要貢獻者和論文的第二作者是本科生格蘭特施羅德，他在5月份獲得了加州大學伯克利分校的最高榮譽，即校園大學獎章。

“他的關鍵實驗為我們開辟了一個新的主題探索領域，我們以100萬美元的國立衛(wèi)生研究院撥款為基礎，Shyer在一封推薦施羅德獎項的信函中寫道。

Richard Harland是分子和細胞生物學教授，他的實驗室Shyer和Rodrigues發(fā)起了這項研究，也是該論文的合著者。