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液压不稳定性决定细胞生死选择

来源:  科技日报       作者:李山      发布时间:2021-6-2 19:05  |  

近日,一个德国科学家领导的国际团队发现,线虫生殖细胞的发育过程中,约一半的生殖细胞会逐渐凋亡,而决定这些生殖细胞死亡的机制却是机械性的,与组织的液压有关。

在包括人类在内的许多生物体中,生殖细胞共享细胞质。在雌雄同体的秀丽隐杆线虫的性腺中,多达500个生殖细胞排列在中央“通道”周围,交换用来促进细胞生长的细胞质,并最终产生准备受精的卵细胞。在此前的研究中,人们已经发现线虫性腺产生的生殖细胞比需要的多,最后只有一半长成卵母细胞,而其余的则变小并出现生理性细胞凋亡。迄今为止,人们尚不清楚究竟是什么决定了单个生殖细胞的死亡机制。

现在,来自德累斯顿工业大学、马克斯·普朗克研究所以及加州大学伯克利分校等多个研究机构的科学家团队发现了触发线虫生殖细胞优胜劣汰决定的证据。相关成果发表在近日的《自然·物理学》杂志上。论文第一作者,德累斯顿工业大学的尼古拉斯·夏提耶解释说:“通过对活线虫生殖细胞的体积和细胞质流动的准确分析,并建立相应的理论模型,我们发现了组织液压的不稳定性会放大最初随机的很小的体积差异,并最终导致一些生殖细胞以牺牲其他细胞为代价的成长。”

这是生殖细胞选择中的关键:这种压力差异会破坏相同体积生殖细胞的平衡配置。液压的不稳定性导致较大的生殖细胞以较小的生殖细胞(凋亡)为代价的生长。这种不稳定现象可以用物理学中双气球不稳定性来描述。通过一个三通管同时给两个气球充气时,较大的气球更容易膨胀,因为它比较小的气球具有更低的内部压力。科学家们通过受控流动激光技术(FLUCS:聚焦光诱导的细胞质流)人为地缩减生殖细胞的体积,结果证明一旦细胞体积低于临界尺寸,细胞凋亡就会开始并且最终导致细胞死亡。

通过共聚焦显微镜成像,研究人员对活线虫的内部进行成像,获得了性腺内细胞体积和细胞间液体交换的精确图像。论文通讯作者、德累斯顿工业大学生命物理(PoL)卓越集群发言人和多学科研究负责人斯蒂芬·格里尔教授补充说:“这些发现非常令人兴奋,因为它们表明,关于细胞生与死的决定本质上是机械的,并且与组织的液压有关。这有助于我们了解生物体如何自动选择将成为卵细胞的细胞。此外,这项研究也是德累斯顿生物学家、物理学家和数学家之间出色合作的又一个例子。”

(编辑:于思洋

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