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单细胞不对称性控制细胞群如何形成三维形状

2019-03-01 11:24:30 • 来源：

根据eLife的一篇文章，科学家已经开发出一种数学模型，表明两种类型的细胞不对称性或“极性”决定细胞成形为片状和管状。该研究是理解允许单个细胞发育成整个生物体的过程的重大进步，并且可以帮助理解当细胞在癌症等疾病中获得或失去极性时会发生什么。

单细胞不对称性控制细胞群如何形成三维形状

多细胞生物可以形成高度复杂的结构，构成其组织和器官，并能够在受伤后再生这些结构的完美复制品。这需要展开由分裂和相互作用的细胞群形成的片。虽然对开发和修复过程中发生的一些中间步骤有很多了解，但我们仍然不知道成千上万的细胞如何共同确定它们需要形成的形状。

已知有两种类型的极性影响细胞如何将自身组织成组织并且它们彼此成直角定向。一个是根尖 - 基底极性，它标志着我们皮肤的内外部分，另一个是平面细胞极性，它负责我们皮肤上的毛发方向。

“在这项研究中，我们希望看到细胞如何组织成折叠的片材和管材，以及如何精确复制这一过程，”主要作者Silas Boye Nissen博士说。丹麦哥本哈根大学干细胞决策中心(StemPhys)的学生。“为了回答这个问题，我们建立了一个数学工具，可以模拟这两种类型的细胞极性，并模拟有多少细胞组织成折叠的片和器官。”

他们发现，通过改变模型中的两个极性中的一个，他们能够模拟丰富多样的形状。形状的差异取决于两个因素：细胞的初始排列和外部边界 - 例如影响胚胎内部发育的蛋的形状。

通过探索极性被改变的众多理论场景，该模型能够缩小理论以进行实验测试。例如，在胰腺器官 - 实验室中生长的器官的微型化版本中 - 研究小组可以预测，细胞的快速，非平衡生长将导致生长的类器官发展出大量的浅层皱褶，但是由此导致的更深的外部压力中等的类器官生长将导致更少，更深和更长的褶皱。

“我们的发现推动了我们对个体细胞特性如何导致数千个细胞形成的形状差异的理解，”共同资深作者，哥本哈根大学生命模型中心(CMOL)主任Kim Sneppen教授说。

共同资深作者，StemPhys和CMOL副教授Ala Trusina总结道：“这项工作表明，身体部位可能不需要详细的指示形成，但可以随着细胞遵循一些简单的规则而出现。我们现在可以探索如果发生了什么细胞在错误的时间和地点获得或失去极性，就像经常发生在癌症中一样。“

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