纤毛细胞作为力传感器在胚胎发生

虽然人体外部在左右对称的轴,有非凡的左右不对称的形状和定位内部器官包括心脏、肺、肝、胃和大脑。

左右不对称是建立在早期胚胎发生由一小群细胞称为左右组织者。在这个组织中,能动的纤毛,毛发状结构在细胞表面,击败迅速创建一个左定向细胞外液的流动,这是第一个左右不同的外在表现。

这种早期流已被证明是至关重要的区别正确的从左;然而,这个流是如何感知和翻译成左右不对称是未知的。

MGH为首的研究人员现在一个新的研究显示,组织者的纤毛功能流的创造者,他们也作为传感器的生物力学受力分析流形状左右身体计划发展中胚胎。

许多团体“近25年的工作表明,纤毛和流动的组织者是绝对必要的建立身体左右不对称”,说Shiaulou元博士,研究员心血管研究中心在马萨诸塞州总医院和哈佛医学院医学助理教授和这项研究的资深作者。“但我们没有合适的工具或技术来确定研究这一切是如何工作的。”

为了克服这一挑战,研究人员利用斑马鱼作为模型左右开发和采用新颖的光学工具包包含定制的显微镜分析和机器学习。

他们的方法是独一无二的,因为他们开发和部署光学tweezers-a生物物理工具,使用光来保存和移动微观对象类似于拖拉机的机械力到纤毛束使精确的交付一个完整的,有生命的动物第一次。

利用这些工具,研究人员发现,纤毛细胞表面mechanosensors是重要的左右不对称发展中身体和器官,如心脏。

利用光镊应用机械力到纤毛左右斑马鱼的组织者,他们显示一个子集的组织者纤毛和流力量转化为钙信号控制左右斑马鱼的发展。

左右不对称缺陷与众多人类疾病有关,包括地层变位综合征、原发性纤毛运动障碍和先天性心脏病。

“从本研究收集到的知识不仅进步我们的理解的基本细胞过程控制人体的发展,他们也为小说的发展开辟新的途径诊断这些疾病,”元说。“此外,这项工作可能为靶向治疗在纤毛信号和mechanosensing改善的结果。”

人民币和他的同事继续调查管理纤毛力传感的分子机制。他们还继续发展新的战略来可视化和操纵纤毛信号,与小说发展的长期目标cilia-associated障碍的治疗工具。

“这些结果,成为可能的工具,提供了一个新窗口进入胚胎的发育模式,也打开了潘多拉的宝盒,”斯科特·e·弗雷泽说,教务长的生物学和生物工程教授大学(University of Southern California)和该研究的合著者。“这提醒我们,我们更了解纤毛发育和疾病的信号和力学生物学影响。”

参考:Djenoune L, Mahamdeh M, Truong电视,et al。纤毛功能calcium-mediated mechanosensors指导左右不对称。科学。2023,379 (6627):71 - 78。doi:10.1126 / science.abq7317

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