近日，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了力學(xué)因素影響胚胎干細胞發(fā)育的奧秘，而這起因于一個造型獨特的細胞結(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《細胞—系統(tǒng)》刊文，發(fā)現(xiàn)小鼠胚胎干細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胞肌動球蛋白皮層的收縮。
干細胞生長過程中所處環(huán)境復(fù)雜，不同彈性的細胞外基質(zhì)（ECM）可誘導(dǎo)間充質(zhì)干細胞分化成神經(jīng)細胞、成骨細胞等。而細胞感受細胞力學(xué)微環(huán)境的過程，實際是細胞將感受到的力學(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)非常立體的干細胞集落引起了研究團隊的注意。
干細胞集落如何自發(fā)性維持其獨特的造型？機械的力學(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，研究團隊發(fā)現(xiàn)小鼠胚胎干細胞集落表面的張力隨著干細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)部細胞施加壓力。
研究者進一步發(fā)現(xiàn)，小鼠胚胎干細胞集落內(nèi)部壓力可促進Nanog和Oct4兩種基因的表達，而這種超細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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