通过收缩伸长拉力推动细胞形状的变化

来自新加坡国立大学(NUS)的机械生物学研究所(MBI)的科学家发现了一种新的细胞边界伸长机制。细胞边界的伸长和收缩对于指导细胞形状的变化是必要的，这是组织和器官正确发育所需的。该研究于2016年8月11日发表在Current Biology上。

收缩力如何延长细胞边界?

在胚胎发育过程中，细胞聚集形成组织和器官。这需要细胞生长，分裂，偶尔会经历程序性死亡。然而，在许多这些生物过程中观察到的共同特性是细胞变形，其基本上是细胞形状的动态变化。基于机械原理，这些形状变化已经被细分为细胞边界的收缩或伸长。细胞边界收缩已被广泛研究，并且由细胞内蛋白质丝网络的收缩驱动。这种可收缩网络的两个主要组成部分是肌动蛋白，一种形成长丝或电缆的结构蛋白，肌球蛋白II，一种与肌动蛋白结合并利用能量使肌动蛋白丝相互滑过的运动蛋白。这种网络被称为肌动球蛋白，负责在细胞中产生收缩力。

由于肌动球蛋白收缩是一种“牵引力”，因此很容易看出该网络的活动如何拉入细胞边界，从而引起收缩。然而，由于肌动蛋白网络无法产生相反的“推动力”，科学家们长期以来一直试图回答细胞边界如何延伸的问题。

为了回答这个问题，MBI研究员副研究员Yusuke Toyama(研究的首席研究员)和Yusuke Hara博士以及曾任该研究所研究员的Murat Shagirov先生使用了活胚胎成像和激光手术探测正在发育的果蝇胚胎中的细胞边界，这是一种与哺乳动物发育有许多相似之处的模型系统。研究人员将他们的调查重点放在一块约200个多边形细胞上，这些细胞称为amnioserosa，它们“拉上拉链”以密封胚胎。amnioserosa细胞经历的动态变形使其成为研究细胞形状变化的理想选择。

对amnioserosa的仔细观察和计算分析表明，细胞在两个区域(生长和缩小的大小)以及边界长度(变得越来越短)中经历了节律性变化。然而，这两个过程并不像预期的那样同步 - 即，面积增加的细胞不一定经历其所有边界的延伸。这种并发症促使科学家们检查肌球蛋白II在羊膜腔中的分布。这导致发现在经历边界伸长的细胞旁边的细胞中肌球蛋白II增加。通过用激光破坏这些相邻细胞中的肌球蛋白II，终止细胞边界伸长。

该研究揭示了肌动蛋白网络负责细胞边界的收缩和伸长。细胞内的肌动球蛋白收缩性导致细胞边界收缩。然而，正是周围细胞中的肌动球蛋白网络的活性导致细胞边界的延长，表明组织中的细胞边界伸长不是单细胞过程，而是需要来自邻近细胞的帮助。了解相邻细胞的肌动球蛋白网络如何协作以指导细胞形状的变化对于破译许多生物过程(例如组织发育，器官专门化和伤口愈合)将是非常宝贵的。

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