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在胚胎發(fā)生期間，細(xì)胞間接觸區(qū)域決定著細(xì)胞命運(yùn)
點(diǎn)擊次數(shù)：891 發(fā)布時(shí)間：2020-7-23
作為一類海洋無脊椎動(dòng)物，海鞘動(dòng)物（Ascidians）顯示了一種形式的胚胎可重復(fù)性：在單個(gè)胚胎中可以發(fā)現(xiàn)同源細(xì)胞，早期的胚胎細(xì)胞譜系被認(rèn)為是不變的。胚胎的幾何形狀甚至在4億年前分歧開的物種之間也是保守的，盡管它們的基因組非常不同。由于早期胚胎 發(fā)育的進(jìn)化保守性和緩沖遺傳趨異的能力，海鞘成為研究細(xì)胞可重復(fù)性機(jī)制的一種有吸引力的模型系統(tǒng)。
在一項(xiàng)新的研究中，為了定量確定海鞘動(dòng)物Phallusia mammillata的胚胎重現(xiàn)性，來自法國、美國和德國的研究人員首先建立了一個(gè)高分辨率的胚胎細(xì)胞譜系、細(xì)胞形狀和細(xì)胞相互作用的圖譜。他們利用多視角光片顯微鏡每2分鐘對(duì)10個(gè)活胚胎進(jìn)行成像，直到神經(jīng)胚期（ neurula stage）結(jié)束。
為了系統(tǒng)地測量一系列的細(xì)胞時(shí)間和空間特征的發(fā)育變化，他們開發(fā)了一個(gè)強(qiáng)大的、可擴(kuò)展的自適應(yīng)分割和跟蹤胚胎細(xì)胞程序（ASTEC），它與高通量多視角光片成像數(shù)據(jù)集兼容。他們將這些特征與細(xì)胞命運(yùn)決定相關(guān)聯(lián)，而細(xì)胞命運(yùn)決定在海鞘動(dòng)物中主要是由差異性的姐 妹細(xì)胞誘導(dǎo)控制的。受之前研究工作---表明信號(hào)細(xì)胞（signaling cell）的接觸區(qū)域控制著海鞘的神經(jīng)誘導(dǎo)---的啟發(fā)，他們將他們的幾何結(jié)構(gòu)描述與信號(hào)基因表達(dá)圖譜整合在一起。這種整合使得他們能夠通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)方法測試一個(gè)假設(shè)：接觸面積依賴性的細(xì)胞通信 對(duì)胚胎幾何結(jié)構(gòu)產(chǎn)生限制。
這些研究人員發(fā)現(xiàn)，一直到神經(jīng)胚期，Phallusia mammillata胚胎發(fā)育時(shí)沒有細(xì)胞生長、程序性細(xì)胞死亡或相鄰細(xì)胞交換。除了細(xì)胞位置、細(xì)胞周期持續(xù)時(shí)間和細(xì)胞譜系之外，他們還觀察到細(xì)胞排列的高度重現(xiàn)性。在所有10個(gè)研究的胚胎中，75%的細(xì)胞至少共享了80%的 相鄰細(xì)胞。此外，同源細(xì)胞之間的接觸區(qū)域在不同胚胎中的變化不到20%。在機(jī)制上，他們發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞排列控制和不對(duì)稱細(xì)胞分裂之間存在緊密聯(lián)系，不對(duì)稱細(xì)胞分裂會(huì)產(chǎn)生不同命運(yùn)的姐妹細(xì)胞。