模擬果蠅翅膀發(fā)育的新計算模型使研究人員能夠識別器官生成背后隱藏的機(jī)制。
由于果蠅和人類的器官發(fā)育方式非常相似，因此從該模型中獲得的生物學(xué)見解可用于為癌癥、阿爾茨海默病和先天性遺傳出生缺陷等人類疾病的診斷和治療提供信息。
圣母大學(xué)化學(xué)和生物分子工程副教授 Jeremiah Zartman與一個多學(xué)科研究團(tuán)隊合作，其中包括來自加州大學(xué)河濱分校的合作者，開發(fā)了一種果蠅模型，對生成器官組織的機(jī)制進(jìn)行逆向工程。
該團(tuán)隊的研究結(jié)果發(fā)表在《自然通訊》上，它使人們對調(diào)節(jié)器官細(xì)胞大小和形狀的化學(xué)和機(jī)械杠桿有了更深入的了解。
“我們正在嘗試在計算機(jī)中模擬一個器官，有效地創(chuàng)建該器官的數(shù)字雙胞胎，”扎特曼說。 “我們正在研究不同的細(xì)胞和細(xì)胞部分，看看我們是否可以預(yù)測它們將如何相互作用。”
器官的發(fā)育是對扎特曼所說的信號“交響曲”的反應(yīng)。研究人員的果蠅模型整合了協(xié)調(diào)細(xì)胞運動、收縮、粘附和增殖的眾多信號。它還結(jié)合了細(xì)胞成分的機(jī)械、化學(xué)和結(jié)構(gòu)特性，并解釋了這些特性如何隨時間和在不同位置發(fā)生變化。
該模型和他實驗室的實驗結(jié)果都表明，存在兩類不同的化學(xué)信號通路或信號序列，它們可以產(chǎn)生彎曲或平坦的組織，從而確定生成特定形狀器官的靈活性和可調(diào)性。
接收來自胰島素的信號的細(xì)胞導(dǎo)致組織曲率增加，而接收來自其他兩種關(guān)鍵生長調(diào)節(jié)劑的信號的細(xì)胞則使組織變平。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些生長調(diào)節(jié)劑還可以操縱細(xì)胞的內(nèi)部框架或細(xì)胞骨架，以進(jìn)一步塑造細(xì)胞的大小和形狀。
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