这篇文章是翻译 挤压和毛衣生物的秘密力量,发表é sur nature.com. le 13 janvier 2021.

细胞生物学

给生活形状的秘密力量

科学家们开始à mieux comprendre le rôle des forces mécaniques dans le développement de l’身体和组织,来自’embryon à l’adulte.

琥珀舞蹈
胚胎 poisson-zèbre

D.é目的,胚胎没有ède ni avant, ni arrière, ni queue, ni tête. C’est une simple sphèref细胞。但很快ôt l’amas lisse commence à转换。液体S.’累积在SPH的中心ère. Les cellules s’é像蜂蜜一样流动,在未来的身体中取代他们的位置。细胞传单弯曲à la manière d’形成c的折纸œ你,一个肠,一个大脑。

没有压力,扭曲和拉动的力量都不会发生这种情况’组织正在进行中é开发给它表格。 même lorsqu’il atteindra l’â广告成人,他的细胞将继续à répondre aux pousséES和其他细胞的诉讼和’environnement.

然而,FA.çon dont le 身体和织物仍然存在« l’最重要的之一,尽管有问题é仍然被误解了 de notre époque », dé克莱尔的生物学家é艾米羞怯的发展,哪个étudie la morphogenèse à l’université Rockefeller, à 纽约。中é乡,生物学家专注és sur la façon dont les gènes et autres biomolécules faç生物,主要是因为分析这些信号的工具很容易’accès et en constante amélioration. L’力量的影响écaniques a reçu beaucoup moins d’attention.

但不是érer que les gènes et les biomolécules, c’est « comme essayer d’é写一本只有一半的书é des lettres de l’alphabet »,解释Xavier Trepat,Mécanobiologiste à l’Institut de bio-ingéNierie de Catalonia,à Barcelone.

在过去的二十岁ères anné是,越来越多的科学家éressés au rôle des forces mécaniques à différents stades de dé发展和各种各样的 器官和生物。研究人员开始了é à éclairer les mé每个细胞的蓬松诗ç力量,y répondent ou 锻炼。为此,他们发明了é工具和技巧 特设,涉及 激光器,微粉,粒子MAGé蜱和改编显微镜és. La plupart des é团队分析信号mé使用栽培细胞或组织的Canicés 体外。但一些é整个生物,有时会投入évidence des mécanismes diffé那些人à l’œ在孤立的组织中工作és. Ces études 体内 s’伴随着许多人é作为复杂组织中微小力的测量,但它们对于了解r是必不可少的ôle des 在生活的雕塑中,解释了罗伯托市长,D的生物学家éveloppement à l’伦敦大学学院。

啃ée de scientifiques commencent à surmonter ces défis et ont mis en é恰当,至关重要的力量ç有生活,从第一阶段’existence d’un embryon jusqu’后来的疾病。最后,这些信息可以帮助他们à想象更好的réponses à des problèmes tels que l’infertilité ou le cancer.

« 力量干预à每当形状在游戏中 », réSuméThomasleecuit,D的生物学家éveloppement à l’D的生物学研究所é马赛发展。

在一开始était la force

但是让我们回到一开始。前’胚胎可以塑造,他必须打破符号étrie de l’amas sphé初始细胞。 APRUM.ès avoir élucidé les mécanismes géné蜱和化学对照ôle 这个过程中,科学家们évoilent aujourd’逐渐达到米écaniques. « Petit à小,r的更广泛的形象ôle des forces mécaniques dans le développement apparaît », explique Jean-Léon Maître, biologiste à l’Institut Curie, à巴黎。例如,属性été物理如流体压力和密度é细胞对Cr是必不可少的éation de l’avant, l’arrière, la tête和tail mammif胚胎ères.

到达à这一结论,吉恩-L集团éon Maître a étudié la faç一个谁的洞穴é充满液体,呼叫ée « blastocèle », se développe dans la sphè初始细胞分量L’小鼠胚胎在第一阶段[森拉,谁 账户十六个细胞,NDT]。当这个腔时é形式,将成为f的细胞œtus sont repoussées d’un côté [le tout étant entouré d’一层呼叫细胞ée « trophoblaste »,这将成为胎盘,NDT]。这是第一个ère rupture de symétrie garantit que l’embryon, alors appelé « blastocyste », s’在UT墙壁上正确植入érine, et détermine également quel côté 将是背部和c什么ôté将是肚子。仍然是à了解如何成为ée并定位博特胚èle.

在胚胎中形成Blockocele

©Science.

在观察时 D分割过程étail, l’équipe de Jean-Léon Maître a dé涵盖了一些东西’inattendu. « Nous avons vu des 数百个小口袋’eau d’une taille de l’ordre du micromè在细胞之间形成,告诉生物学家。他们是éphémères :如果我们不抱着陈词滥调,我们会想念它és assez rapidement. » 形成这些的流体« bulles »口腔间隙来自周围的液体’embryon推动é à l’inté浓度更多élevée de molécules d’eau à l’exté笑。然后,这些的液体 小单个泡沫收集 在一个大洞里é, probablement à通过细胞间空间,想到让Jean-Léon Maître.

研究人员已经确认了é ce mé通过检查PROMéines是谁’卧间空间,在s中’accrochant 彼此,允许细胞保持坚定的Collées entre elles. À mesure que 气泡出现,这些protéines d’adhé在细胞的同时似乎分解了éparé彼此。 L.es cellules pré感觉更少的原种éines d’adhéSion更容易à séparer.

C’est la premiè再次观察压力雕刻的流体’通过破坏细胞之间的链接,d的胚胎éclare Jean-Léon Maî成为。但为什么细胞是épareraient-elles pour construire l’embryon ? « 这似乎显然适得其反 et risqué », juge le chercheur. Il émet l’hypothèse que cette stratégie a été conservée par l’é努力不,因为’她是问题的最佳解决方案ème mais parce qu’elle est « assez bonne ». Il espère qu’une meilleure compréhension de la mécanique de l’embryon, que l’équipe é目前与人类细胞抚摸,可以 帮助中心écondation 体外 à确定哪种胚胎植入物,以最大化妊娠的机会。

在D期间éveloppement, la syméTRICE胚胎在另一个方向上打破,差异érencie la tê尾巴的te。 otger营地às, biophysicien à l’université de Californie, àSanta Barbara,随后 鱼胚胎尾生长过程èbre (Danio Rerio)。他的équipe a étudié注入液滴D所涉及的力’huile chargé纳米粒子米é在细胞间空间中蜱虫。然后研究人员申请é un champ magnétique pour dé火车液滴测量réaction des tissus à la poussée.

胚胎 poisson zebre deformation

为了推动这种斑马鱼胚胎的细胞,科学家们已经变形了磁性纳米粒子的液滴 (在黄色) 使用磁场。

©Alessandro Mongera和OtgerCampàs,UC Santa Barbara

他们有é在d期间只覆盖了尾部的尖端é发展是一个é物理学家有资格的追求« fluide » :细胞自由滑动,何时滑动’我们按下它们,面料是é容易形成。我们越多’éloigne de l’extrémité尾部,织物越硬。« Nous savions qu’他凝固,但我们不知道是什么écanisme »,记得Otger营地às.

Il n’细胞间环境中没有任何可能’apporter de la rigidité, aucune molécule 形成结构基质。但是当研究人员测量时é它们之间的空间écouvert qu’他们é在尾部的流体尖端宽,朝向t较小ête. À测量细胞’积聚,织物凝固。 otger营地àS比较此过渡à des grains de café dans un sac :当袋子几乎空空时,谷物可以自由滑动,但à衡量后者填满的,他们变成了SERRé袋子变得僵硬 brique. Otger Campàs prévoit d’étudier si ce mé蓬勃宝依附于形成’其他胚胎结构,如预算芽。

表格C.œurs et des cerveaux

一旦’embryon en développement s’est dessiné,个人器官开始à se former. « 基本上,我们不明白如何形成内部器官– à l’exception de l’intestin »,解释了Dimothy Saunders,D的生物学家éveloppement à l’université新加坡国民。

它始于à changer. L’é蒂莫西桑德斯团队 par exemple examiné la formation du cœ你在果蝇胚胎,或醋的苍蝇。一种évé两块面料时发生至关重要 s’组装以形成将成为c的管œ你。每个含有两种类型的心肌细胞。这些碎片必须在s中关闭’正确匹配’un cœur sain émerge. « 我们经常观察到é des défauts d’那时对齐été corrigés, préCise Timothy Saunders。但是’est-ce qui régit cette correction ? »

他’est avéré qu’il s’agit d’来自的力量’inté他们-M的心脏细胞êmes. On savait qu’在结束过程中,PROMéine nomméE myosin II,Prot的紧密表兄弟éine负责肌肉细胞的收缩,é在中心和p之间的来回运动中放置ériphé来自每个细胞。张张某,然后étudiant de troisième cycle, et aujourd’hui post-doctorant à l’université de Californie à旧金山,想知道肌球蛋白était capable d’engendrer une force qui tire 在配对的细胞上é这将破坏不同小区类型之间的任何连接érents.

测试他的thé奥妮,肖博张某éparé des cellules appariées à l’aide d’雷射。细胞有éloignées l’une de l’另一个突然,何时’on coupe un é坚持带剪刀。« 我们看到了一个美丽的反冲 »,记得蒂莫西桑德斯。但是什么时候’équipe a séparé des cellules dé用肌球蛋白II,没有任何事情发生。一点点喜欢 les doigts qui étirent un élastique, 他们yosine engendre la force né从’inté在细胞之间的链接上。一旦他们的关系破碎,杂项细胞然后有另一个机会找到他们的好伴侣。

简单的脯氨酸é细胞率也足够了à表示细胞如何’组织,以及’ont dé由研究人员涵盖’université来自英国剑桥,在青蛙胚胎中 Xenopus.。 L.’équipe, dirigée由克里斯蒂安法国生物物理学(指示également l’物理研究所édicale et d’ingé侏儒的微目手’université d’德国尔兰纽伦堡(Erlangen-Nuremberg),知道éjà que lorsque l’œ它和脑连接,神经元’œ它发送他们的轴突(长电池延伸,允许神经元相互连接)’une voie définie par la rigidité du tissu céré兄弟。轴突’œ它跟随织物更灵活地朝着n更灵活œ中央UD大脑éveloppement.

为了é完成该路径的何时以及如何形成,L’é团队建立了一种适应显微镜é她可以 同时ément observer le processus 体内 et mesurer la rigidité du tissu à l’aide d’une sonde minuscule。 L.es chercheurs ont vu le gradient de rigidité apparaî在轴突n之前大约十五分钟’到达他,克里斯蒂安·弗兰泽解释道。

这种渐变是如何形成的 ?至于鱼Z鱼尾èbre en dé开发,更严格的面料 cerveau des grenouilles 似乎含有更大的密度é细胞。什么时候’équipe a bloqué细胞分裂在胚胎中,刚性渐变é n’从未出现过,轴鼻’ont pas trouvé他们的路。填补细胞空间似乎ê是一种快速有效的方法来指导câblage du système nerveux.

连续压力

全部组织éveloppéS也是主题à des forces lorsqu’他们追求他们的成长或面对一个 疾病。例如,当身体变化时,皮肤是é封面覆盖它。外科医生离开乳房重建,哪个né停止皮肤柔顺é覆盖’implant : ils insèrent d’abord un « ballon »并用s逐渐膨胀é生理朗姆酒几个月,在é拉动现有的皮肤直到’à ce qu’有足够的新皮肤是一秒钟è手术先生。

但皮肤细胞如何réagissent-elles à这种压力和乘法 ? Mariecete Aragona,SPé干燥的秘密师,起初é在上下文中的问题’博士后的博士后é干细胞实验室和癌症的主任Dric Blanpainà la faculté de mé布鲁塞尔会好的。她植入了é une petite boule d’鼠标皮肤下的自动展开水凝胶。虽然这一点’水凝胶吸收 fluide, jusqu’à达到4毫升的最终体积,皮肤’étirait 他身边。一天后 ès avoir implanté l’水凝胶,Maricetese Aragona锯 皮肤外层下的干细胞开始à se multiplier,提供matière premiè谁能有所不同é缓解进入新皮肤。

但所有干细胞n’ont pas proliféré en réponse à l’é擦拭。只有亚贫困,直到’alors indéfinie, a commencé à产生新的干细胞。« 我们总是忽略原因 »今天,Mariacetese Aragona说’hui à l’université来自哥本哈根。化合物éhension de ce phénomène pourrait déboucher sur des mé在手术重建或伤口愈合的背景下促进皮肤生长,增加了cédric Blanpain.

恰当的étés mé组织的Canics玩également un rô它在异常细胞生长中,例如期间’un cancer. « 实体肿瘤比正常组织更硬 », préCise Xavier Trepat。那是’部分解释了’excès d’un maillage fibreux 呼叫细胞周围 é « 细胞外基质 »,还有脯氨酸é癌细胞细胞éreuses elles-mêmes, indique-t-il.

« La rigidité制作癌细胞é更加恶性,添加Xavier Trepat,如果研究人员到达à理解为什么,他们可以设想修改这些属性的治疗été物理并使癌症不那么危险。 »

在é相关托德,Elaine Fuchs,研究员à l’université Rockefeller, et Vincent Fiore,博士后学生,已经确定了é des forces mé明确解释为什么有些皮肤癌为什么bénins et d’其他恶性。皮肤干细胞分娩à deux types différents de cancer :Basomellular癌,不会蔓延到à皮肤和癌épidermoï侵入性。每个都支持底层的基础膜,一层proté结构中的结构é削弱织物皮肤的外层。侧肿瘤B.é九很少穿过基底膜,但它更具侵略性的对手’éChappe经常渗透系统è血管和留在d’身体的其他部位。

机械强度皮肤癌

©Fiore,V.等,自然,Vol。 585,433-439(2020)

生物学家有鼠标的皮肤é覆盖肿瘤bénigne entraîne la formation d’基础膜加é支付和更灵活,患有手套的肿瘤细胞’他们支持下来。侵略性的肿瘤à elle favorise l’apparition d’基础膜加fine.

而且,领先的力量ée vers le bas aide é还有侵袭性肿瘤à s’é在深面料中的切砂。癌症épidermoï形成刚性的屑细胞层ées différenciées appelée « perle de kératine »。按下癌的顶部, 珍珠有助于肿瘤à穿过脆弱的基础膜,就像一个拳头 à透过玻璃。在这项工作之前,解释了Elaine Fuchs,研究人员领导了CuSan细胞的原理ées différenciées,那些有身份的人é固定,没有产生力量mécaniques. « C’东,我想,主要惊喜 », déclare-t-elle.

Elaine Fuchs和Vincent Fiore Prévoient d’é然后研究每个细胞çoivent ces forces mécaniques et la façon 它们将此力转换为G的表达è可能会产生更多的基础膜或促进差异érenciation.

了解力量如何’expression des gènes sont lié是必不可少的,解释了艾伦罗德里格斯,D的生物学家éveloppement à l’université洛克菲勒。而不仅仅适用于皮肤癌症。« 关于力量的大问题 méCanics实际上了解它们是如何 s’appliquent aux molécules », dit-il.

D’其他研究人员倾向于é还有这个链接。« La réponse n’并不像简单“les gènes font tout” ou “la mécanique fait tout”, dé克莱尔托马斯·莱特。这将是一个int对话é在两者。 »

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