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Dev Cell:北生所汤楠课题组揭示气管形态发生过程中对细胞分裂方向的调控

摘要 : 2018年1月11日,国际著名学术杂志《Cell》子刊《Developmental Cell》杂志在线发表了北京生命科学研究所汤楠研究组和加州大学旧金山分校Dr. Wallace F. Marshall研究组合作的一篇研究论文
2018年1月11日,国际著名学术杂志《Cell》子刊《Developmental Cell》杂志在线发表了北京生命科学研究所汤楠研究组和加州大学旧金山分校Dr. Wallace F. Marshall研究组合作的一篇研究论文,论文阐述了在气管形态发生过程中对细胞分裂方向的调控。研究论文题为“Mechanical forces program the orientation of cell division during airway tube morphogenesis”。汤楠实验室PTN研究生汤赞和清华大学周培源应用数学中心胡煜成为本文共同第一作者,汤楠博士和Dr. Wallace F. Marshall为本文共同通讯作者。 细胞分裂方向对气管的形状和大小起着重要作用,但是关于细胞分裂方向在整个器官水平是如何调控的却知之甚少。在这项工作中,汤楠实验室的研究人员运用实时动态成像对体外培养的肺进行观察后发现在肺上皮细胞中有两种具有不同动态行为的纺锤体。一种叫“fixed-spindle”,这种纺锤体在进入细胞有丝分裂中期后很快就保持静止直到细胞分裂,它的分裂方向沿着气管的长轴方向起着增长气管长度的作用。另外一种纺锤体叫“rotating-spindle”,这种纺锤体在细胞分裂前一直保持旋转,它的分裂方向则是随机的,对气管的增长和增宽是一样的。通过对“fixed-spindle”和“rotating-spindle”的空间和时间相关性分析后发现它们在空间位置上没有相关性,但是在时间上 “fixed-spindle”和“rotating-spindle”的出现则是相互依赖。 细胞在有丝分裂间期的形状对细胞分裂方向起着重要作用,有一个经验性的总结叫细胞长轴规律(long-axis-rule),即细胞倾向于沿着它在有丝分裂间期时形状的长轴方向分裂。在对细胞分裂前的形状分析后发现,“fixed-spindle”在有丝分裂间期的纵横比要比“rotating-spindle”大并且遵循细胞长轴规律(long-axis-rule)。运用“cell-based mechanical model”对细胞分裂进行数学模型模拟和对体外培养的肺拉伸后发现机械力能够作为一种调节信号来维持“fixed-spindle”和“rotating-spindle”之间比例的稳定。 原文链接: Mechanical forces program the orientation of cell division during airway tube morphogenesis 原文摘要: Oriented cell division plays a key role in controlling organogenesis. The mechanisms for regulating division orientation at the whole-organ level are only starting to become understood. By combining 3D time-lapse imaging, mouse genetics, and mathematical modeling, we find that global orientation of cell division is the result of a combination of two types of spindles with distinct spindle dynamic behaviors in the developing airway epithelium. Fixed spindles follow the classic long-axis rule and establish their division orientation before metaphase. In contrast, rotating spindles do not strictly follow the long-axis rule and determine their division orientation during metaphase. By using both a cell-based mechanical model and stretching-lung-explant experiments, we showed that mechanical force can function as a regulatory signal in maintaining the stable ratio between fixed spindles and rotating spindles. Our findings demonstrate that mechanical forces, cell geometry, and oriented cell division function together in a highly coordinated manner to ensure normal airway tube morphogenesis. 来源: Developmental Cell 浏览次数:0
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