Science：发育期间，顶端应力纤维不仅协助维持细胞的形状，而且也调节细胞的大小
来源：本站原创 2020-10-20 12:51
2020年10月20日讯/生物谷BIOON/---在有机体发育过程中，机械力会对细胞施加压力，科学家们长期以来一直想知道细胞如何在这个过程中保持它的形状，从而保持健康。如今，在一项新的研究中，来自法国居里研究院、索邦大学和美国密歇根大学的研究人员首次观察到细胞利用称为顶端应力纤维（apical stress fiber）的微小纤维来帮助细胞在发育过程中保持它
2020年10月20日讯/生物谷BIOON/---在有机体发育过程中，机械力会对细胞施加压力，科学家们长期以来一直想知道细胞如何在这个过程中保持它的形状，从而保持健康。如今，在一项新的研究中，来自法国居里研究院、索邦大学和美国密歇根大学的研究人员首次观察到细胞利用称为顶端应力纤维（apical stress fiber）的微小纤维来帮助细胞在发育过程中保持它的形状。此外，这项新的研究还显示，这些应力纤维能帮助细胞了解自身的大小，还能帮助触发细胞何时应当分裂。相关研究结果发表在2020年10月16日的Science期刊上，论文标题为“Apical stress fibers enable a scaling between cell mechanical response and area in epithelial tissue”。
这些研究人员研究了果蝇蛹胸背部或下背部中的上皮细胞。上皮细胞是构成身体表面区域的细胞。他们发现，随着果蝇蛹的发育，果蝇不断成长的身体会拉扯果蝇下背部区域的细胞，当这些力被施加时，这些细胞为此会产生应力纤维来帮助它们保持形状。
论文共同通讯作者、密歇根大学物理学教授David Lubensky博士说，“在发育过程中，你有一个卵，你需要让它成为一只果蝇。在这个过程中，你必须将不同的组织推拉到合适的位置。它的形状发生了巨大的变化，而改变形状并将东西放到正确的地方需要对它施加机械力。这些应力纤维隐约像混凝土中的钢筋，不过在细胞内部更像果冻。但想法都是一样的：这些线性纤维善于抵抗张力，这就加强了抵抗拉伸的能力。”
在发育中的有机体内，每个细胞都被其他细胞所包围；在上皮中，这种密集的堆积将细胞塑造成多边形或六边形结构。在三个细胞彼此相遇的地方，就是所谓的三细胞交界处（tricellular junction）。每个三细胞交界处都会产生这些应力纤维，所产生的应力纤维沿着施加在细胞上的力的方向向细胞中心移动。这些应力纤维主要由一种叫做肌动蛋白的蛋白组成，在靠近细胞中间的地方发生断裂。应力纤维也在与第一个细胞交界处相对的细胞交界处产生，并向细胞中心移动。
他们的发现还揭示了应力纤维产生的数量如何随细胞大小而变化，以及细胞如何知道应该产生多少这些纤维。
身体上皮组织中的细胞形成了一个紧密相连的连续层。Lubensky说，上皮细胞之间的边界几乎总是相对较硬，这是因为许多皮质肌动球蛋白（cortical actomyosin）与细胞交界处结合在一起。这种与细胞交界处相结合的肌动球蛋白与构成应力纤维的材料相同。当上皮细胞很小的时候，它们需要较少的应力纤维，这是因为这些细胞交界处让细胞保持较强的刚性。但当细胞变大时，它的柔软的中间部分也会变大，因而需要更多的应力纤维来保持细胞不变形。
Lubensky说，“这个例子很好展示了在生物学中，有种东西会根据它的大小来调整它的机械性能。”
这项研究还揭示了这些应力纤维如何帮助细胞控制它自身的大小。更大的细胞更有可能分裂，以避免发生变形。Lubensky研究了这些应力纤维的机械功能，以及细胞如何知道要产生多少应力纤维。他发现，细胞利用三细胞交界处和细胞区域之间的关系来衡量细胞区域中的应力纤维数量。
这些研究人员还发现，这些应力纤维调节了Hippo/YAP通路，即一个已知有助于控制细胞生长的通路。他们表明，组成这个通路的成分聚集在应力纤维的顶端，从而影响这个通路的活性。
Lubensky说，“Hippo/YAP通路在生物学世界中非常重要，这是因为它与许多过程相关，包括癌症和组织修复和再生。这一发现表明，我们发现了一种细胞调节Hippo/YAP通路的新方式，而且它们是以一种大小依赖性的方式进行调节的。”
接下来，这些研究人员希望能够从分子角度更详细地了解这个系统，包括确定为什么这些应力纤维在某些细胞交界处产生，而在其他细胞交界处断裂。他们希望这些答案能帮助人们理解生物学中的大小是如何受到调节的。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Jesús M. López-Gay et al. Apical stress fibers enable a scaling between cell mechanical response and area in epithelial tissue. Science, 2020, doi:10.1126/science.abb2169.
2.During development, stress fibers help cells keep their shape—and may also regulate size
https://phys.org/news/2020-10-stress-fibers-cells-shapeand-size.html
图片来自Science, 2020, doi:10.1126/science.abb2169。
这些研究人员研究了果蝇蛹胸背部或下背部中的上皮细胞。上皮细胞是构成身体表面区域的细胞。他们发现，随着果蝇蛹的发育，果蝇不断成长的身体会拉扯果蝇下背部区域的细胞，当这些力被施加时，这些细胞为此会产生应力纤维来帮助它们保持形状。
论文共同通讯作者、密歇根大学物理学教授David Lubensky博士说，“在发育过程中，你有一个卵，你需要让它成为一只果蝇。在这个过程中，你必须将不同的组织推拉到合适的位置。它的形状发生了巨大的变化，而改变形状并将东西放到正确的地方需要对它施加机械力。这些应力纤维隐约像混凝土中的钢筋，不过在细胞内部更像果冻。但想法都是一样的：这些线性纤维善于抵抗张力，这就加强了抵抗拉伸的能力。”
在发育中的有机体内，每个细胞都被其他细胞所包围；在上皮中，这种密集的堆积将细胞塑造成多边形或六边形结构。在三个细胞彼此相遇的地方，就是所谓的三细胞交界处（tricellular junction）。每个三细胞交界处都会产生这些应力纤维，所产生的应力纤维沿着施加在细胞上的力的方向向细胞中心移动。这些应力纤维主要由一种叫做肌动蛋白的蛋白组成，在靠近细胞中间的地方发生断裂。应力纤维也在与第一个细胞交界处相对的细胞交界处产生，并向细胞中心移动。
他们的发现还揭示了应力纤维产生的数量如何随细胞大小而变化，以及细胞如何知道应该产生多少这些纤维。
身体上皮组织中的细胞形成了一个紧密相连的连续层。Lubensky说，上皮细胞之间的边界几乎总是相对较硬，这是因为许多皮质肌动球蛋白（cortical actomyosin）与细胞交界处结合在一起。这种与细胞交界处相结合的肌动球蛋白与构成应力纤维的材料相同。当上皮细胞很小的时候，它们需要较少的应力纤维，这是因为这些细胞交界处让细胞保持较强的刚性。但当细胞变大时，它的柔软的中间部分也会变大，因而需要更多的应力纤维来保持细胞不变形。
Lubensky说，“这个例子很好展示了在生物学中，有种东西会根据它的大小来调整它的机械性能。”
这项研究还揭示了这些应力纤维如何帮助细胞控制它自身的大小。更大的细胞更有可能分裂，以避免发生变形。Lubensky研究了这些应力纤维的机械功能，以及细胞如何知道要产生多少应力纤维。他发现，细胞利用三细胞交界处和细胞区域之间的关系来衡量细胞区域中的应力纤维数量。
这些研究人员还发现，这些应力纤维调节了Hippo/YAP通路，即一个已知有助于控制细胞生长的通路。他们表明，组成这个通路的成分聚集在应力纤维的顶端，从而影响这个通路的活性。
Lubensky说，“Hippo/YAP通路在生物学世界中非常重要，这是因为它与许多过程相关，包括癌症和组织修复和再生。这一发现表明，我们发现了一种细胞调节Hippo/YAP通路的新方式，而且它们是以一种大小依赖性的方式进行调节的。”
接下来，这些研究人员希望能够从分子角度更详细地了解这个系统，包括确定为什么这些应力纤维在某些细胞交界处产生，而在其他细胞交界处断裂。他们希望这些答案能帮助人们理解生物学中的大小是如何受到调节的。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Jesús M. López-Gay et al. Apical stress fibers enable a scaling between cell mechanical response and area in epithelial tissue. Science, 2020, doi:10.1126/science.abb2169.
2.During development, stress fibers help cells keep their shape—and may also regulate size
https://phys.org/news/2020-10-stress-fibers-cells-shapeand-size.html
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