器官怎么知道应该长多大?揭示果蝇细胞的形态!

世界上最小的鱼是微鲤(Paedocypris),总长度只有7毫米。心脏、胃、鳃和鳍等器官比9米长的鲨鱼小几千倍。然而,这两种鱼的许多基因和解剖结构是相同的。这些组织器官是如何决定生…

器官怎么知道应该长多大?揭示果蝇细胞的形态!

世界上最小的鱼是微鲤(Paedocypris),总长度只有7毫米。心脏、胃、鳃和鳍等器官比9米长的鲨鱼小几千倍。然而,这两种鱼的许多基因和解剖结构是相同的。这些组织器官是如何决定生长大小的?最近发表在《自然》杂志上的一篇文章:通过研究细胞内语素(DPP)来循环利用内在DPP来缩放浓度梯度,可能会揭示这个大问题。

●语素的浓度梯度是组织生长的关键。

组织的生长细胞在增殖时会受到信号分子的驱动,但是细胞如何知道什么大小才合适呢?瑞士日内瓦大学生物化学系Marcos Gonzalez-Gaitan教授与德国复杂系统物理研究所所长Frank Jülicher组成研究团队,通过追踪果蝇细胞中形态发生素在不同大小组织中的分布和扩散,得出了上述结果。

Morphomorph属于果蝇的形态原之一,是果蝇15个器官生长所需的分子,包括翅膀、触角和下颌骨。通过追踪不同大小的组织细胞,研究团队发现,语素会从组织中扩散出来,其浓度会根据组织的大小呈梯度逐渐降低,梯度会根据生物体的大小进行缩放和调整,以保持与生长器官的大小成正比。

在不同的组织中,语素在细胞间的传递方式会影响梯度。在较小的组织中,语素主要以扩散方式运输,随着语素逐渐降解远离扩散源,其浓度会迅速降低,形成较小的浓度梯度。但在较大的组织中,细胞会通过胞吐作用再次释放吸收的语素分子扩散到细胞外,加强组织内细胞对语素的回收利用,进而增加浓度梯度,使其扩散到更远的细胞。

●多学科团队联合解密,用数学公式求解浓度梯度机制!

马科斯·冈萨雷斯-盖坦教授的研究团队由生物学家、生物化学家、数学家和物理学家组成,他们利用物理学原理分析生物学,研究每个细胞的功能和反应。研究团队还为这项研究开发了一系列复杂的系统,包括定量显微镜技术,使他们能够准确量化和跟踪细胞内和细胞间语素分子的动态。

通过理论物理和实验方法的结合,马科斯·冈萨雷斯-盖坦教授认为,多学科团队研究将能够回答2500年前亚里士多德提出的基本生物学问题:“鸡在蛋中生长时,如何知道何时停止生长?」

作者: admin

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