細(xì)胞在組織中自我組織成特定模式的能力是生命的普遍特征。斑馬的條紋、我們的睫毛、向日葵種子的螺旋形和蛇皮的迷宮圖案只是其中的幾個(gè)例子。
另一個(gè)廣為人知且研究較多的模式是果蠅的復(fù)眼。眼睛是由800個(gè)感光細(xì)胞簇組成的高度圖案化的六邊形晶格。一個(gè)無定形的細(xì)胞團(tuán)是如何發(fā)展成精確而熟悉的模式的?
西北大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，圖案的形成涉及機(jī)械力，而不僅僅是細(xì)胞之間傳遞的化學(xué)信號。使用首創(chuàng)的實(shí)時(shí)成像，研究人員看到細(xì)胞隨著眼睛的發(fā)育移動(dòng)到位;細(xì)胞不像以前認(rèn)為的那樣是靜止的。這一重大發(fā)現(xiàn)提供了應(yīng)該擴(kuò)展到其他模式系統(tǒng)的原則。
溫伯格文理學(xué)院分子生物科學(xué)教授理查德·卡修( Richard Carthew)說：“隨處可見的圖案群。 ” “但沒有大師級的藝術(shù)家。在這項(xiàng)研究中，我們試圖了解一種模式——一種極美的模式——是如何在身體中形成的。令我們吃驚的是，我們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞按照一定的規(guī)則被推拉就位，就像下棋一樣。”
該研究將于2 月 22 日發(fā)表在在線生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)雜志?eLife 上。
Carthew和麥考密克工程學(xué)院工程科學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)助理教授Madhav Mani是該論文的共同通訊作者。凱文加拉格爾，博士 分子生物科學(xué)專業(yè)的學(xué)生和Carthew實(shí)驗(yàn)室的成員，是該論文的第一作者。
“這項(xiàng)工作有助于我們更好地了解生命是如何自我構(gòu)建的，”定量生物學(xué)家 Mani 說。“這個(gè)過程仍然很神秘。我們研究果蠅眼是因?yàn)樗且粋€(gè)模型系統(tǒng)，并被用來教給我們很多東西。有許多令人驚奇的工程原理可以從生活中學(xué)習(xí)。我們以開放的心態(tài)進(jìn)行了這項(xiàng)研究，并學(xué)到了一些關(guān)于自組裝的新知識(shí)。”
“通過我們定制的工具，我們能夠看到以前沒有人看到的東西——眼睛發(fā)育的動(dòng)態(tài)視圖，”同樣是定量生物學(xué)家的加拉格爾說。“細(xì)胞正在移動(dòng)位置完全令人驚訝。我們所看到的并不符合歷史范式。這太瘋狂了。”
多學(xué)科團(tuán)隊(duì)使用加拉格爾開發(fā)的尖端技術(shù)來實(shí)時(shí)成像和分析眼睛自組裝的動(dòng)態(tài)。研究人員確定了新的機(jī)械動(dòng)力學(xué)，與遺傳和生化分子一起，協(xié)調(diào)了蒼蠅所取得的非凡的生物工程壯舉。他們還證明，如果沒有正確的機(jī)械力，眼睛就不能正確地自組裝。
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