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斑马鱼胚胎体节表面张力对胚胎左右对称的影响

作者:luojiao 发布时间:2022/5/12 9:00:00
撰文 | LiKY

脊椎动物胚胎体轴周期性地分段形成左右对称的体节。体节是一种三维的多细胞结构,其外层包括上皮层和由前体节中胚层(PSM)发育而来的前富含纤维结合蛋白的胞外基质构成。体节的长度、定位和左右对称特征的决定要早于体节形态形成,即体节性状决定早在未分段的PSM阶段就已经确定了。研究表明胚胎发育过程中的机械力与体节形态发生相关。然而,受限于研究技术手段,对机械力是如何影响胚胎体节性状决定的问题,还有待研究。

近日,Sundar R. A等利用光片机图像投影技术,研究了机械力在斑马鱼胚胎体节性状决定与体节形态发生中的作用。他们测量了体节1至6的长度(LAP),发现体节长度不等,随后测量了mespb基因(体节长度标记基因)表达条带的间距。发现LAP的变化与mespb条带间距的变化非常类似。暗示LAP受到mespb的调控。当体节形成后的一个小时内,LAP趋于一致。通过比较前端体节的形成起始时间和发育2小时的LAP,发现这些体节的LAP约为51微米(称为L0AP)。L0AP是体节的发育目标长度。


为了阐明前端体节LAP的调整机理,研究人员首先研究了体节双侧的LAP是否相互影响。通过实验,未发现存在显著的相互影响。接着他们研究了双侧体节的正确形成是否影响LAP的调整。通过共注射显性抑制fibronectin 1a 1b mRNA进入2细胞期斑马鱼胚胎,干扰单侧体节的形成。实验结果表明LAP的调整独立于体节对称侧的状态。

 研究人员进一步研究了在体节形成后一个小时内,LAP的调整是否伴随有细胞数量或体节体积变化的发生。实验结果表明细胞数量或体节体积的变化与LAP的调整没有相关性,即细胞数量和体节体积的变化对LAP的调整没有影响。

体节二维结构的变化是否是LAP的调整原因。研究人员使用光片机图像投影技术定量测量了胚胎体节3D结构变化,观察到体节中外侧(ML)的长度随着时间缩短,而背腹侧(DV)的长度则增长,起始LAP与ML长度呈现正相关性,即当体节起始LAP小于或者大于L0AP时,体节可以通过调整ML长度,使起始LAP趋向L0AP。DV长度变化对LAP的调整没有影响。实验结果表明LAP受驱动体节形态变化的机械力调控。

研究人员建立了关于LAP调整的数学模型,。为了理解机械力是如何影响LAP的调整,他们通过胚胎体节体外培养技术,研究了体节间的接触压力,由体节外基质和体节表层细胞引起的表面张力,以及体节膨胀的机械力与LAP调整的关系。结果表明体节间的接触压力和体节膨胀的机械力都对LAP的调整没有影响。由体节外基质和体节表层细胞产生的表面张力是LAP调整的主要因素。


为了进一步论证体节外基质和体节上层细胞产生的表面张力是LAP调整的主要因素这一结论,研究人员通过向1细胞期斑马鱼胚胎中注射吗啉代(morpholinos)(瞬时影响 fibronectin 1a1b、integrinα5的表达),以及注射RGD多肽,干扰体节的表面张力。实验结果表明干扰体节表面张力相关的分子可以减少LAP的调整。研究人员又研究了体节的分段与LAP调整的关系。通过对her1;her7 突变品系,和使用DAPT干扰delta–notch信号通道的一系列的实验表明体节的分段对LAP的调整没有影响。

研究人员研究了单侧体节LAP对体节两侧对称的影响,即LAP调整是否可以确保体节左右对称,以及体节沿着体轴分段边界的定位。实验结果表明当两侧体节形成时,体节的前端边界是对称的。体节长度的不对称主要是由新近形成的体节的边界不对称定位造成了。体节长度的调整影响体节后端边界定位,确保体节两侧的长度和边界定位的左右对称。

基于以上的实验结果,研究人员最后得出结论:体节的表面张力促进了单侧体节的长度调整,单侧体节长度的调整进一步地保证了体节的两侧对称的结论。
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