Science：在胚胎发生期间，细胞间接触区域决定着细胞命运

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Science：在胚胎发生期间，细胞间接触区域决定着细胞命运
9 D$ v( ]! |/ }6 g/ Y9 g. e5 b来源：本站原创 2020-07-11 22:03* P- s" O- @) R
2020年7月11日讯/生物谷BIOON/---在每个动物物种中，胚胎发育具有高度的可重复性，确保忠实地生产出具有精确排列和形状的器官的复杂有机体。在大多数动物胚胎中，可重复性是在组织尺度上发现的，而单个细胞的行为在第一次细胞分裂后是随机的。
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作为一类海洋无脊椎动物，海鞘动物（Ascidians）显示了一种极端形式的胚胎可重复性：在单个胚胎中可以发现同源细胞，早期的胚胎细胞谱系被认为是不变的。胚胎的几何形状甚至在4亿年前分歧开的物种之间也是保守的，尽管它们的基因组非常不同。由于早期胚胎发育的进化保守性和缓冲遗传趋异的能力，海鞘成为研究细胞可重复性机制的一种有吸引力的模型系统。
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在一项新的研究中，为了定量确定海鞘动物Phallusia mammillata的胚胎重现性，来自法国、美国和德国的研究人员首先建立了一个高分辨率的胚胎细胞谱系、细胞形状和细胞相互作用的图谱。他们利用多视角光片显微镜每2分钟对10个活胚胎进行成像，直到神经胚期（neurula stage）结束。相关研究结果发表在2020年7月10日的Science期刊上，论文标题为“Contact area–dependent cell communication and the morphological invariance of ascidian embryogenesis”。
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图片来自Science, 2020, doi:10.1126/science.aar5663。
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为了系统地测量一系列的细胞时间和空间特征的发育变化，他们开发了一个强大的、可扩展的自适应分割和跟踪胚胎细胞程序（ASTEC），它与高通量多视角光片成像数据集兼容。他们将这些特征与细胞命运决定相关联，而细胞命运决定在海鞘动物中主要是由差异性的姐妹细胞诱导控制的。受之前研究工作---表明信号细胞（signaling cell）的接触区域控制着海鞘的神经诱导---的启发，他们将他们的几何结构描述与信号基因表达图谱整合在一起。这种整合使得他们能够通过计算和实验方法测试一个假设：接触面积依赖性的细胞通信对胚胎几何结构产生限制。
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, ?& i. \. p3 j( \9 I, |7 V( }这些研究人员发现，一直到神经胚期，Phallusia mammillata胚胎发育时没有细胞生长、程序性细胞死亡或相邻细胞交换。除了细胞位置、细胞周期持续时间和细胞谱系之外，他们还观察到细胞排列的高度重现性。在所有10个研究的胚胎中，75%的细胞至少共享了80%的相邻细胞。此外，同源细胞之间的接触区域在不同胚胎中的变化不到20%。在机制上，他们发现了细胞排列控制和不对称细胞分裂之间存在紧密联系，不对称细胞分裂会产生不同命运的姐妹细胞。: F& o# q! O7 P' i! t
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随后，他们结合计算和实验方法，揭示了信号细胞和应答细胞（responding cell）之间的细胞接触区域具有足够的编码潜力来解释所有已知的早期胚胎诱导，而不需要借助于配体浓度梯度。, h9 x3 a/ F) w1 Q' P5 [' n7 s

+ Q3 [, F: k* ?最后，通过利用胚胎发育的几何扰动，他们证实细胞-细胞接触的精确区域对中胚层和神经命运决定很重要。3 S' K# g. o" }6 M- R9 C% Q
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这项研究建立了高度可重复的海鞘胚胎作为一个框架，以将细胞行为、形态发生和基本的调控程序关联在一起。ASTEC方法允许在高通量光片数据集中对整个胚胎进行系统地自动化全细胞分割和跟踪。其次，他们建立了胚胎诱导的几何控制，作为经典的成形素（morphogen）梯度的替代，并提出细胞信号事件的范围设置了观察胚胎重现性的尺度。最后，这项研究表明，海鞘胚胎几何机构的高度可重复性可能会反常地解除对海鞘基因组进化的限制，从而促进快速的分子进化。（生物谷 Bioon.com）
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参考资料：
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Léo Guignard et al. Contact area–dependent cell communication and the morphological invariance of ascidian embryogenesis. Science, 2020, doi:10.1126/science.aar5663.
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