近日，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了力學(xué)因素影響胚胎干細(xì)胞發(fā)育的奧秘，而這起因于一個造型獨(dú)特的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。7月3日，來自清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)和哈佛大學(xué)的學(xué)者在《細(xì)胞—系統(tǒng)》刊文，發(fā)現(xiàn)小鼠胚胎干細(xì)胞集落的表面張力隨增殖、分化過程而演變，其表面張力來自三維超細(xì)胞肌動球蛋白皮層的收縮。
干細(xì)胞生長過程中所處環(huán)境復(fù)雜，不同彈性的細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）可誘導(dǎo)間充質(zhì)干細(xì)胞分化成神經(jīng)細(xì)胞、成骨細(xì)胞等。而細(xì)胞感受細(xì)胞力學(xué)微環(huán)境的過程，實(shí)際是細(xì)胞將感受到的力學(xué)刺激轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)信號的過程，這一過程被稱為細(xì)胞力學(xué)信號傳導(dǎo)。論文第一作者杜婧對《中國科學(xué)報》表示，一般平板培養(yǎng)的上皮類細(xì)胞多為單層生長，立體感較差，一種自發(fā)形成的結(jié)構(gòu)形態(tài)非常立體的干細(xì)胞集落引起了研究團(tuán)隊(duì)的注意。
干細(xì)胞集落如何自發(fā)性維持其獨(dú)特的造型？機(jī)械的力學(xué)因素或許就是答案。
通過原子力顯微鏡檢測干細(xì)胞集落彈性模量的演化，并用顯微激光切割方法檢查集落的表面張力，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)小鼠胚胎干細(xì)胞集落表面的張力隨著干細(xì)胞的生長和分化而逐漸減弱。而集落表面的微絲骨架是形成張力的重要原因，這些微絲骨架會在肌球蛋白的作用下會產(chǎn)生收縮力，從而對集落內(nèi)部細(xì)胞施加壓力。
研究者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，小鼠胚胎干細(xì)胞集落內(nèi)部壓力可促進(jìn)Nanog和Oct4兩種基因的表達(dá)，而這種超細(xì)胞三維肌動球蛋白皮層對囊胚發(fā)育也有積極作用。
“此前關(guān)注力學(xué)因素對胚胎干細(xì)胞影響的研究較少。除了基因調(diào)控和生物化學(xué)信號的影響，我們的研究將機(jī)械力因素也引入其中。”杜婧表示。未來，課題組還會繼續(xù)探尋集落表面張力變化的內(nèi)在機(jī)制。論文第一完成單位為清華大學(xué)，通訊作者為北京航空航天大學(xué)副教授杜婧，哈佛大學(xué)教授David Weitz和清華大學(xué)教授馮西橋。
小鼠胚胎干細(xì)胞集落不同生長過程的熒光染色圖像。（圖片來源：Cell Systems）
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