细胞如何找到合适的伙伴

在生物体的生长发育过程中，不同类型的细胞必须相互接触，才能共同形成组织和器官。与弗莱堡大学综合生物信号研究中心卓越集群CIBSS的AnneClassen教授合作的一个小团队发现，在发育过程中，复杂的形态或形态发生变化完全是通过细胞的亲和力来驱动的。彼此。

研究人员检查了果蝇(黑腹果蝇)的卵室，并在他们的工作中结合了遗传方法和数学模型。该研究已发表在科学杂志《自然通讯》上。

蛋室复杂的组织过程

该研究的主要作者和Classen实验室的成员VanessaWeichselberger博士总结了该团队的工作：“我们想了解不同类型的细胞如何相互组织它们的形态发生以形成功能单元。”她继续说，“卵室就是一个很好的例子，因为在其中，不同的细胞群必须自组织成功能单元。”

卵室是未成熟的卵细胞或卵母细胞在其中成熟直到准备好受精的结构。果蝇的卵室看起来像一个小足球。里面，生长的卵细胞位于一侧，另一侧是15个护士细胞，为未成熟的卵细胞提供营养。为了产生卵子，卵细胞必须成熟，而护士细胞最终会被去除。

两个过程——卵细胞的成熟和营养细胞的去除，都依赖于上皮细胞的外层。为此，上皮细胞被分成专门的组，根据它们的功能，它们必须与护士细胞或卵细胞接触。内细胞和外细胞之间的这种伙伴关系是一个复杂的过程，它发生在蛋室内的大小关系不断变化的同时。“到目前为止，能够强有力地控制这种动态过程的机制是未知的，”Classen说。

Eya控制细胞的亲和力

研究人员观察到，专门去除护士细胞的上皮细胞在护士细胞上展开并变平。这与下面的护士单元形成了一个特别大的接触区域。Weichselberger解释说：“这可以通过两种细胞类型之间增强的亲和力来解释。因此我们假设内部和外部细胞的匹配是通过简单的吸引和排斥机械过程发生的。”一组特殊的上皮细胞对护理细胞的亲和力增强会导致其余的上皮细胞从护理细胞转移到卵细胞上。

研究人员发现，一种可以控制基因活性的蛋白质Eya会影响上皮细胞和护士细胞之间的接触行为。如果研究人员增加上皮细胞中Eya的浓度，它们与护士细胞的接触表面积就会增加。如果他们移除Eya，则接触面会最小化。

决定发育的细胞亲和力

为了检验他们的假设，发育生物学家使用了数学模型。为此，他们与弗莱堡大学数学与物理学院的PatrickDondl教授合作。Dondl创建了数学模型，可以模拟细胞之间不同程度的机械亲和力。

“数学模型使我们能够证明，依赖于Eya水平的亲和力变化足以控制匹配细胞类型的复杂过程，”Weichselberger解释说。“这意味着我们可以使用Eya作为固定螺丝来基因控制伴侣的位置，”她说。

“极其灵活和强大”

通过基因改变上皮细胞中的Eya浓度并在计算机上模拟这些实验，研究人员能够测试Eya调节的上皮细胞和护士细胞之间的亲和力是否负责自组织。他们观察到，仅通过操纵Eya，他们就可以有意识地控制哪些上皮细胞分布在护士细胞上，哪些上皮细胞与卵细胞接触。

这表明Eya——通过亲和力调节——是上皮细胞和内部细胞——护士细胞和卵细胞之间自组织的主要调节剂。结果让领导这项研究的克拉森感到惊讶。她解释说：“特定的亲和力实际上足以作为控制这种复杂发育过程的机制。并且以一种非常灵活、强大且独立于卵室体积的方式。”

男性的类似过程

这种机制不仅限于蛋室。雄性果蝇精子细胞的发育也依赖于Eya。

在这里，Eya蛋白也控制发育中的内部精子细胞和外部上皮细胞之间的亲和力。目前尚不清楚这些结果是否也适用于其他动物或人类。但在其他物种的卵子发生过程中，类似的结构和发育过程使这似乎成为可能。