基底肌球蛋白脉冲介导的细胞扁平化与组织伸长

目的肌动蛋白网络通过收缩细胞表面或胞间连接改变细胞、组织形态。然而,细胞受机械应力作用扩张时,肌动蛋白网络会增强、极化以松弛应力,保持细胞极性与结构稳定。因此,细胞面临肌动蛋白收缩增强与细胞(或组织)扩张行为间的矛盾。方法以果蝇卵室发育后期上皮扩张为模型,结合生物学实验(活细胞成像、光遗传学等)与力学模型探究其中的生物力学机制。结果发现一种新型上皮细胞扩张波,经历皱褶、起始与扩张三步。扩张过程中Rac1和Rho1信号时空协调,将脉冲肌动蛋白网络与褶皱和黏着斑等事件相联系,增加、稳定细胞基底面积,使上皮细胞扁平化、伸长。上皮细胞扩张以定向波的形式逐步出现,并将细胞扁平化、伸长与卵母细胞生长、延伸联系起来。超分辨显微成像揭示脉冲肌球蛋白是由弱丝和短支链结构组成的不同于经典结构的非线性模式,且肌动、肌球蛋白网络信号时空分离,这也解释了脉冲肌球蛋白展现扩张效应的物理基础。利用包含扩张特性脉冲肌球蛋白的力学模型能很好模拟上皮细胞扩张波与卵母细胞的生长、延伸及信号分子调节。结论肌动球蛋白网络除了传统收缩特性外,其扩张效应也是驱动组织形态发生的关键,同时解释了肌动球蛋白网络增强与细胞扩张行为间的矛盾。