細(xì)胞如何感受曲率

曲面在生物組織中隨處可見(jiàn)。例如，它們提供了腸道吸收營(yíng)養(yǎng)或肺部氣體交換所需的增加的表面積。越來(lái)越多的證據(jù)表明，細(xì)胞能夠感知它們是處于平坦還是彎曲的環(huán)境中。三維曲率可以影響許多過(guò)程，例如細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)、干細(xì)胞的發(fā)育，甚至疾病的進(jìn)展。然而，細(xì)胞感知曲率及其最終決定其行為的潛在機(jī)制尚不清楚。

現(xiàn)在，由比利時(shí)蒙斯大學(xué)博士生 Marine Luciano 和 Sylvain Gabriele 教授與奧地利 IST博士后 Shi-Lei Xue 和 Edouard Hannezo 教授合作的一項(xiàng)自然物理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了一些新發(fā)現(xiàn)。研究人員發(fā)現(xiàn)了根據(jù)環(huán)境曲率變化調(diào)節(jié)細(xì)胞行為的機(jī)制。

Gabriele 的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種使用軟水凝膠在曲面上生長(zhǎng)細(xì)胞的方法，以一種非?？煽氐姆绞街噩F(xiàn)了在活組織中觀察到的折疊模式 - 由長(zhǎng)分子在它們之間捕獲水的凝膠。這很重要，因?yàn)楹茈y清楚地觀察復(fù)雜活組織中曲率的影響。它們根據(jù)自己的形狀有許多反饋回路，因此很難區(qū)分因果關(guān)系。這些特殊構(gòu)造的表面有大小從百分之一到十分之一毫米的山谷和山脈。實(shí)驗(yàn)表明，在這些表面上生長(zhǎng)的細(xì)胞傾向于在山上薄薄地?cái)U(kuò)散并在山谷中聚集。

在 IST Austria，Xue 和 Hannezo 開(kāi)發(fā)了一個(gè)關(guān)鍵的理論模型，可以解釋細(xì)胞在表面上的實(shí)驗(yàn)分布。他們使用了能量最小化的簡(jiǎn)單物理原理。他們的細(xì)胞模型受到泡沫物理學(xué)的啟發(fā)，并導(dǎo)致了解曲率如何控制表面上細(xì)胞的分布，以及它們?cè)谝粋€(gè)區(qū)域的形狀和密度。眾所周知，細(xì)胞可以感知周?chē)渌?xì)胞的密度，這控制著它們的生化機(jī)制。因此，干細(xì)胞的關(guān)鍵標(biāo)志物 Yes 相關(guān)蛋白 (YAP) 等生化物質(zhì)通過(guò)密度感應(yīng)受到曲率的影響。

這項(xiàng)研究確定了曲率感應(yīng)如何影響細(xì)胞發(fā)育中的多種途徑。這種結(jié)合物理化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和理論物理學(xué)的跨學(xué)科研究再次揭示了迄今為止知之甚少的細(xì)胞機(jī)制。

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