細胞在組織中自我組織成特定模式的能力是生命的普遍特征。斑馬的條紋、我們的睫毛、向日葵種子的螺旋形和蛇皮的迷宮圖案只是其中的幾個例子。
另一個廣為人知且研究較多的模式是果蠅的復(fù)眼。眼睛是由800個感光細胞簇組成的高度圖案化的六邊形晶格。一個無定形的細胞團是如何發(fā)展成精確而熟悉的模式的?
西北大學的研究人員發(fā)現(xiàn)，圖案的形成涉及機械力，而不僅僅是細胞之間傳遞的化學信號。使用首創(chuàng)的實時成像，研究人員看到細胞隨著眼睛的發(fā)育移動到位;細胞不像以前認為的那樣是靜止的。這一重大發(fā)現(xiàn)提供了應(yīng)該擴展到其他模式系統(tǒng)的原則。
溫伯格文理學院分子生物科學教授理查德·卡修( Richard Carthew)說：“隨處可見的圖案群。 ” “但沒有大師級的藝術(shù)家。在這項研究中，我們試圖了解一種模式——一種極美的模式——是如何在身體中形成的。令我們吃驚的是，我們發(fā)現(xiàn)細胞按照一定的規(guī)則被推拉就位，就像下棋一樣。”
該研究將于2 月 22 日發(fā)表在在線生命科學和生物醫(yī)學雜志?eLife 上。
Carthew和麥考密克工程學院工程科學和應(yīng)用數(shù)學助理教授Madhav Mani是該論文的共同通訊作者。凱文加拉格爾，博士 分子生物科學專業(yè)的學生和Carthew實驗室的成員，是該論文的第一作者。
“這項工作有助于我們更好地了解生命是如何自我構(gòu)建的，”定量生物學家 Mani 說。“這個過程仍然很神秘。我們研究果蠅眼是因為它是一個模型系統(tǒng)，并被用來教給我們很多東西。有許多令人驚奇的工程原理可以從生活中學習。我們以開放的心態(tài)進行了這項研究，并學到了一些關(guān)于自組裝的新知識。”
“通過我們定制的工具，我們能夠看到以前沒有人看到的東西——眼睛發(fā)育的動態(tài)視圖，”同樣是定量生物學家的加拉格爾說。“細胞正在移動位置完全令人驚訝。我們所看到的并不符合歷史范式。這太瘋狂了。”
多學科團隊使用加拉格爾開發(fā)的尖端技術(shù)來實時成像和分析眼睛自組裝的動態(tài)。研究人員確定了新的機械動力學，與遺傳和生化分子一起，協(xié)調(diào)了蒼蠅所取得的非凡的生物工程壯舉。他們還證明，如果沒有正確的機械力，眼睛就不能正確地自組裝。
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