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用光控制器官生長 光遺傳學用于驅動組織中的結構變化

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2020-01-03瀏覽次數:1620

在光遺傳學中,研究人員使用光來控制蛋白質活性。該技術使他們能夠改變胚胎組織的形狀并抑制異常發育。現在,來自EMBL的De Renzis團隊的科學家已經加強了技術,以阻止果蠅胚胎器官形成的過程。他們的研究結果發表在EMBO雜志上,可以控制胚胎發育的關鍵步驟。

為了健康發展,組織必須改變其形狀。例如,細胞群改變其形狀作為器官發育的一部分。 Stefano De Renzis和他在EMBL的團隊成員對這些形狀變化背后的機制感興趣,并使用光遺傳學來控制它們。

視頻1:沉沒過程的側視圖。細胞的外/頂面收縮,而內/基面松弛。這種協調的過程產生一種力,將細胞驅向胚胎內部。這是朝向器官發展的第一步。圖片:Daniel Krueger/EMBL

為了形成腎臟等內臟器官,細胞群必須向胚胎移動。在這個稱為內陷的過程中,一組細胞收縮它們的表面并向內折疊它們的組織。 “想象一下,胚胎就像一個氣球和一個組織的內陷,將氣球的表面向內推,就像手指引起的畸形一樣。唯一的區別是細胞不像手指那樣受到外力,但它們需要能夠項目負責人De Renzis說,要讓自己進入這個項目,這項過程中的異常會導致組織和器官發育出現問題。

啟動和抑制內陷

De Renzis和他的團隊抑制了陷阱的自然過程,以了解其驅動因素。關鍵方面是組織表面的向內折疊部分的柔韌性。當科學家使用光遺傳學來強化這個表面時,細胞不可能向內彎曲,從而阻止整個內陷過程。 “如果不允許細胞松弛它們的基部,它們就不能有效收縮它們的頂點,組織內陷停止。堅持氣球類比,就像你同時擠壓氣球的頂部和底部一樣。內部壓力變高氣球不能再向內折疊,“De Renzis說。使用他們的新方法,不僅可以在崩潰發生之前防止崩潰,而且可以在過程的中間停止崩潰。

視頻2:修改并自然地沉入頂視圖。雖然左組織是光遺傳修飾的并且不侵入,但是右組織朝向胚胎的內側折疊并形成小袋。圖片:Daniel Krueger/EMBL

盡管科學家此前曾猜測組織的基礎(內部)表面的重要性,但實驗技術不足以對此進行測試。通過他們的新方法,EMBL團隊可以在不損壞細胞的情況下修改蛋白質活性,同時仍然能夠根據需要激活和停用修飾。他們的研究結果為長期存在的理論提供了第一個證據,該理論可以解釋胚胎發育中的形態學異常。

結合他們以前的結果,科學家現在能夠控制胚胎中這一重要發育過程的每一步。雖然實驗是在果蠅胚胎中進行的,但De Renzis希望結果和方法適用于其他生物。光遺傳學可用于創建和塑造人造組織或控制再生醫學中的組織發育。

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