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生物体形态发生的新机制

已有 4317 次阅读 2015-7-17 05:39 |系统分类:论文交流

我们与英国剑桥大学卡文迪许实验室Edouard博士合作的工作在PNAS 发表了。这个工作主要提出了一个生物体形态发生的生物物理模型并在生物体中实验验证了这个模型。

生物形态形成学是一门研究组织细胞如何发展和分化，从而形成各种各样模式和形态物种的学科。寻找生物体形态的决定机制一直是发育生物学家感兴趣的课题但至今仍悬而未决。1952年英国著名数学家阿兰·图灵(AlanMathison Turing)发表了一篇奠基性的文章，提出了生物分子的化学扩散梯度决定了生物形态发生的数学模型。据此理论，后来很多发育信号分子被陆续发现并被证明它们在生物体形态发生过程中发挥重要作用。不过，最近几年，已经有研究暗示生物机械力也涉及生物体形态发生的决定过程，但一直缺乏确切的实验证据支持。

在这篇文章中，我们提出微丝及与其相互作用的马达蛋白(Actomyosin)产生的收缩力以及细胞外基质同细胞间的定向摩擦力系统可以在生物管腔内表面形成跨越细胞间的周期性有序排列的微丝束结构。运用这个模型可以很好地预测出微丝束的形成过程、方向性以及周期性（微丝束间的距离），（见下图）。更为重要的是，这一模型通过遗传细胞发育生物学技术途径在生物体内得到了验证。我们证实了这些具有自组织特性、跨越细胞间的微丝束在生物管腔形成过程中的生物学角色和功能。这一研究证实除了化学信号分子，生物机械力也可以在生物体内形成特定形态结构，这对于人们理解生物体形态发生的机制提供了新视角。我们预测这一机制具有广泛的普适性，PNAS为我们的文章配发了以色列威茨曼研究所的NirGov和美国西北大学Greg J. Beitel教授合写的评论文章。