AbMole科研-多层系统中界面机械相互作用对组织生长的自组织作用

AbMole精研抑制剂十年，最新的科研动态不断与您分享。本期与您分享的是: 多层系统中界面机械相互作用对组织生长的自组织作用。

形态发生是一个时空调控的过程，涉及各种生理和病理转变。除了相关的生化因素外，形态发生的物理调控也越来越受到关注。然而，启动形态发生的驱动力仍然不清楚。研究表明，在多层组织生长过程中，由层与层之间的界面力学相互作用引起的压缩梯度的发展可以自组织形态发生过程。在低流动性组织中，压缩梯度在生长过程中逐渐增强，并在临界组织尺寸处通过触发对称到非对称的细胞分裂重定向诱导分层。在高流动性组织中，压缩梯度是动态的，并诱导细胞重排导致二维平面内形态发生，而不是三维变形。在培养的细胞片和鸡胚发育过程中，可以通过操纵组织流动性、细胞粘附力和机械特性来调节形态发生，以影响压缩梯度的进展。总之，界面力学相互作用产生的压缩梯度动力学提供了组织生长过程中形态发生起始和大小控制的保守机制。

NSC 23766 (Abmole，M6282，纯度>98%)是一种Rac GTPase抑制剂，通过鸟嘌呤核苷酸因子(GEFs)靶向作用于Rac 活化，无细胞试验中IC50为~50 μM；但是不会抑制密切相关的靶点，Cdc42或RhoA。Y-27632 dihydrochloride (Abmole，M1817，纯度>99%)是一种选择性的ROCK1(p160ROCK)抑制剂，Ki为140 nM，比对其他激酶包括PKC，cAMP依赖性蛋白激酶， MLCK和PAK的作用强200多倍。

Figure 6. Tissue fluidity controls 2D/3D morphogenetic transition by regulating compression gradient progression.

在MDCK细胞片的边缘，特别是在突起形成的过程中，观察到明显的细胞集体迁移和大量的细胞插入，如T1跃迁和花结形成(图6a,b)。据报道，细胞插入是胚胎发育过程中驱动组织扩展的一种机制，可能受到作用于组织的外部约束的控制，大部分的细胞插层发生在相对较小的细胞中(小于300 μm2)，这表明了较高的压缩应变水平(图6c)。此外，插层过程中的细胞重排与细胞片的二维变形密切相关，表现为新连接与组织突出方向的夹角较小(图6d)，新连接方向的组织伸长率较高(图6e)。为了研究组织流动性对2D/3D形态发生转变的影响，使用GTPase Rac1抑制剂NSC23766抑制细胞迁移能力，结果显示Rac1抑制剂治疗显著降低了组织流动性，诱导MDCK细胞片中更高水平的压应变(图6h,i)。重要的是，NSC23766的治疗显著促进了组织分层的出现(图6j,k)。相比之下，Y27632抑制Rho相关的，含有卷曲的蛋白激酶(ROCK)，略微增强了MDCK细胞的组织流动性(图6f,g)，对形态发生几乎没有影响(图6h-k)。相反，在HeLa细胞片中，Y27632增加组织流动性显著抑制了分层率。这些结果表明，组织层间界面力学相互作用驱动的形态发生依赖于组织流动性，较高的组织流动性可能会阻止细胞平面内运动压缩应变能的存储。

Figure 7. Progression of compression gradient contributes to epidermal cell stratification during chicken skin development.

首先，比较了皮肤发育过程中单层阶段和多层阶段表皮细胞的分裂方向。结果发现，当表皮发生分层时，表皮细胞的大部分有丝分裂纺锤轴由对称向不对称重新定向，纺锤轴角度与细胞变形程度密切相关(图7a-c)。此外，使用Rac1抑制剂通过减少组织流动性来加强压缩梯度的进展，显著促进了表皮分层和滤泡形成的进展，这可以从表皮细胞层数和滤泡原基的图案几何图中看出(图7d-i)。降低组织流动性也增加了β-连环蛋白的核定位，表明促进了卵泡细胞命运的决定。相反，ROCK抑制剂增加了组织流动性，减少了卵泡原基的形成。此外，RGD通过抑制表皮细胞与基底膜的粘附，破坏表皮与真皮之间的界面力学相互作用，大大减弱了原基的形态发生。因此，研究结果表明，在毛囊形成过程中，真皮细胞聚集引起表皮层与基底膜之间的失配变形，从而导致表皮层逐渐压缩，后者触发细胞分裂重定向，从而导致表皮层分层。

鸣谢：Tailin Chen, et al. Adv Sci (Weinh). 2022 May;9(13):e2104301.