PNAS | 董波课题组发表细胞-腔液交互下的管腔膨胀物理模型的最新研究成果

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Cdc42 信号调节的细胞皮质收缩环 产生的 机械收缩力 和 细胞间 紧密连接的物理阻隔作用是细胞对腔液的几何 形态 与体积 调控 的关键机制。 基于实验证据 和守恒原理 ，该研究首次建立了细胞 - 腔液相互作用下的 通用管腔膨胀模型 。 通过估算关键 管腔膨胀 参数 取值 ，结合实验 方法和数值模拟 ， 作者 成功预测了在多种条件下的 管腔 生长动力学， 并进一步验证肌动球蛋白收缩 驱动的主动力学过程与 水动力 过程之间的耦合关系。

海鞘脊索管 腔系统 作为一种新兴的模式管腔系统，由于其发育过程十分简单， 便于使 用显微镜观察， 因此 正在得到更多的研究和关注。脊索管腔最初在两个脊索细胞的中间形成并膨胀，随后通过细胞迁移将分离的腔液连接在一起形成一个贯穿脊索的多细胞管腔 ( 图 1A-B) 。 该研究首先 构建了脊索特异 表达 的 细胞皮质荧光标记转基因玻璃海鞘 (Lifeact-eGFP) ，对管腔膨胀过程的几何参数进行了精确统计 ， 随后 通过统计不同发育时期的脊索皮质荧光信号分布，发现管腔边缘 存在特殊的肌动球蛋白皮质收缩环结构，且收缩环强度 和 管腔的几何形状存在明显的相关性 。 为了寻找细胞对皮质信号的上游调控机制，该研究系统地筛选了在脊索高表达的 Rho GTPases 家族蛋白，随后发现 Cdc42 的显性负性突变会造成脊索发育和管腔形成的严重畸形。随后他们关注于 细胞对管腔体积的调控机制，通过过表达紧密连接蛋白 ZO1 的结构域缺失突变体，发现其会造成管腔体积的明显减小。

图 1 ： (A) 海鞘脊索管腔的发育过程。 (B) 差分干涉显微镜 图像 、 Lifeact 标记 细胞皮质信号的共聚焦显微镜图像 和模式图 显示管腔形成各阶段的典型形态和尺寸。 (C) 管腔 横向直径 （ TD ）与 纵向直径 （ LD ）的定量统计数据 。 ( D ) 脊索组织皮质分布在管腔形成各阶段的典型分布特征。 (

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