2020年10月20日訊/
生物谷BIOON/---在有機體發育過程中，機械力會對細胞施加壓力，科學家們長期以來一直想知道細胞如何在這個過程中保持它的形狀，從而保持健康。如今，在一項新的研究中，來自法國居裡研究院、索邦大學和美國密西根大學的研究人員首次觀察到細胞利用稱為頂端應力纖維（apical stress fiber）的微小纖維來幫助細胞在發育過程中保持它的形狀。此外，這項新的研究還顯示，這些應力纖維能幫助細胞了解自身的大小，還能幫助觸發細胞何時應當分裂。相關研究結果發表在2020年10月16日的Science期刊上，論文標題為「Apical stress fibers enable a scaling between cell mechanical response and area in epithelial tissue」。
圖片來自Science, 2020, doi:10.1126/science.abb2169。
這些研究人員研究了果蠅蛹胸背部或下背部中的上皮細胞。上皮細胞是構成身體表面區域的細胞。他們發現，隨著果蠅蛹的發育，果蠅不斷成長的身體會拉扯果蠅下背部區域的細胞，當這些力被施加時，這些細胞為此會產生應力纖維來幫助它們保持形狀。
論文共同通訊作者、密西根大學物理學教授David Lubensky博士說，「在發育過程中，你有一個卵，你需要讓它成為一隻果蠅。在這個過程中，你必須將不同的組織推拉到合適的位置。它的形狀發生了巨大的變化，而改變形狀並將東西放到正確的地方需要對它施加機械力。這些應力纖維隱約像混凝土中的鋼筋，不過在細胞內部更像果凍。但想法都是一樣的：這些線性纖維善於抵抗張力，這就加強了抵抗拉伸的能力。」
在發育中的有機體內，每個細胞都被其他細胞所包圍；在上皮中，這種密集的堆積將細胞塑造成多邊形或六邊形結構。在三個細胞彼此相遇的地方，就是所謂的三細胞交界處（tricellular junction）。每個三細胞交界處都會產生這些應力纖維，所產生的應力纖維沿著施加在細胞上的力的方向向細胞中心移動。這些應力纖維主要由一種叫做肌動蛋白的蛋白組成，在靠近細胞中間的地方發生斷裂。應力纖維也在與第一個細胞交界處相對的細胞交界處產生，並向細胞中心移動。
他們的發現還揭示了應力纖維產生的數量如何隨細胞大小而變化，以及細胞如何知道應該產生多少這些纖維。
身體上皮組織中的細胞形成了一個緊密相連的連續層。Lubensky說，上皮細胞之間的邊界幾乎總是相對較硬，這是因為許多皮質肌動球蛋白（cortical actomyosin）與細胞交界處結合在一起。這種與細胞交界處相結合的肌動球蛋白與構成應力纖維的材料相同。當上皮細胞很小的時候，它們需要較少的應力纖維，這是因為這些細胞交界處讓細胞保持較強的剛性。但當細胞變大時，它的柔軟的中間部分也會變大，因而需要更多的應力纖維來保持細胞不變形。
Lubensky說，「這個例子很好展示了在生物學中，有種東西會根據它的大小來調整它的機械性能。」
這項研究還揭示了這些應力纖維如何幫助細胞控制它自身的大小。更大的細胞更有可能分裂，以避免發生變形。Lubensky研究了這些應力纖維的機械功能，以及細胞如何知道要產生多少應力纖維。他發現，細胞利用三細胞交界處和細胞區域之間的關係來衡量細胞區域中的應力纖維數量。
這些研究人員還發現，這些應力纖維調節了Hippo/YAP通路，即一個已知有助於控制細胞生長的通路。他們表明，組成這個通路的成分聚集在應力纖維的頂端，從而影響這個通路的活性。
Lubensky說，「Hippo/YAP通路在生物學世界中非常重要，這是因為它與許多過程相關，包括癌症和組織修復和再生。這一發現表明，我們發現了一種細胞調節Hippo/YAP通路的新方式，而且它們是以一種大小依賴性的方式進行調節的。」
接下來，這些研究人員希望能夠從分子角度更詳細地了解這個系統，包括確定為什麼這些應力纖維在某些細胞交界處產生，而在其他細胞交界處斷裂。他們希望這些答案能幫助人們理解生物學中的大小是如何受到調節的。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：1.Jesús M. López-Gay et al. Apical stress fibers enable a scaling between cell mechanical response and area in epithelial tissue. Science, 2020, doi:10.1126/science.abb2169.