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用光控制器官生长 光遗传学用于驱动组织中的结构变化

文章作者:www.cs-vaccine.com发布时间:2020-01-03浏览次数:1620

在光遗传学中,研究人员使用光来控制蛋白质活性。该技术使他们能够改变胚胎组织的形状并抑制异常发育。现在,来自EMBL的De Renzis团队的科学家已经加强了技术,以阻止果蝇胚胎器官形成的过程。他们的研究结果发表在EMBO杂志上,可以控制胚胎发育的关键步骤。

为了健康发展,组织必须改变其形状。例如,细胞群改变其形状作为器官发育的一部分。 Stefano De Renzis和他在EMBL的团队成员对这些形状变化背后的机制感兴趣,并使用光遗传学来控制它们。

视频1:沉没过程的侧视图。细胞的外/顶面收缩,而内/基面松弛。这种协调的过程产生一种力,将细胞驱向胚胎内部。这是朝向器官发展的第一步。图片:Daniel Krueger/EMBL

为了形成肾脏等内脏器官,细胞群必须向胚胎移动。在这个称为内陷的过程中,一组细胞收缩它们的表面并向内折叠它们的组织。 “想象一下,胚胎就像一个气球和一个组织的内陷,将气球的表面向内推,就像手指引起的畸形一样。唯一的区别是细胞不像手指那样受到外力,但它们需要能够项目负责人De Renzis说,要让自己进入这个项目,这项过程中的异常会导致组织和器官发育出现问题。

启动和抑制内陷

De Renzis和他的团队抑制了陷阱的自然过程,以了解其驱动因素。关键方面是组织表面的向内折叠部分的柔韧性。当科学家使用光遗传学来强化这个表面时,细胞不可能向内弯曲,从而阻止整个内陷过程。 “如果不允许细胞松弛它们的基部,它们就不能有效收缩它们的顶点,组织内陷停止。坚持气球类比,就像你同时挤压气球的顶部和底部一样。内部压力变高气球不能再向内折叠,“De Renzis说。使用他们的新方法,不仅可以在崩溃发生之前防止崩溃,而且可以在过程的中间停止崩溃。

视频2:修改并自然地沉入顶视图。虽然左组织是光遗传修饰的并且不侵入,但是右组织朝向胚胎的内侧折叠并形成小袋。图片:Daniel Krueger/EMBL

尽管科学家此前曾猜测组织的基础(内部)表面的重要性,但实验技术不足以对此进行测试。通过他们的新方法,EMBL团队可以在不损坏细胞的情况下修改蛋白质活性,同时仍然能够根据需要激活和停用修饰。他们的研究结果为长期存在的理论提供了第一个证据,该理论可以解释胚胎发育中的形态学异常。

结合他们以前的结果,科学家现在能够控制胚胎中这一重要发育过程的每一步。虽然实验是在果蝇胚胎中进行的,但De Renzis希望结果和方法适用于其他生物。光遗传学可用于创建和塑造人造组织或控制再生医学中的组织发育。