Cell：新研讨提醒胚胎组织阅历了相变

2021年3月23日讯/BIOON/---当奥天时迷信技术研讨所的研讨职员察看发育中的斑马鱼胚胎时，他们察看到了一个从天而降的微小变动：在短短几分钟内，固体状的胚胎组织酿成了液体状。是什么起因会招致这种变动，它在胚胎的进一步发育进程中起什么作用？在一项新的多学科研讨中，他们找到了谜底，这能够会改动咱们对发育和疾病中症结进程（比方转移）的见地。相关研讨成果于2021年3月16日在线颁发在Cell期刊上，论文题目为“Rigidity percolation uncovers a structural basis for embryonic tissue phase transitions”。

图片来自Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.02.017。

要想更多地相识一束巨大的细胞是若何发育成简单的体系，如鱼、人类或像年夜象一样年夜的植物，许多迷信家转向斑马鱼（Danio rerio）。它有几个优点，使它成为像Nicoletta Petridou如许的发育生物学家最喜欢的模子生物之一。起首，这种小型的有条纹的鱼在短短几天内就发育终了，胚胎在母体外进行发育，并且是通明的---可以看到它发育时的每一种器官。在察看受精后几小时的斑马鱼胚胎时，Petridou和她的共事们在之前的一项研讨中已发现，胚胎组织的粘度突然产生了变动---这是掂量一种组织抗变形才能的尺度。Petridou解释说，“在这个晚期阶段，造成胚胎的组织长短常生硬的，但突然间，粘度降低了十倍，这种组织流动得十分快--它液体化了。”

小变动-年夜影响

与此同时，斑马鱼胚胎开端第一次改动其形态，从而进入一个称为形状产生的阶段。在这项新的研讨中，这些研讨职员更深化地研讨了组织液体化进程中在细胞程度上产生的事情。Petridou说，“咱们发现，在这种液体化之前，单个细胞与其相邻的四到五个细胞相连。然而，在液体化开端时，它只剩下三到四个相邻的连贯。细胞连贯性的这一巨大变动是否真地是组织粘度相差十倍的起因？这时咱们转向物理学，它为咱们提供了一个可以解释这种效应的框架。”

作为Edouard Hannezo研讨团队的一员，Bernat Corominas-Murtra说，“是以，Nicoletta发现这种组织粘度在微观层面的微小降低，显然与宏观细胞连贯层面的环境不相婚配。这是物理学的一个症结点：将宏观层面产生的事情与微观层面分割起来。”

通过用资料迷信做类比，这些研讨职员认识到，每个细胞有四个相连的相邻细胞理论上是一个十分特别的阈值：19世纪的物理学家James Clerk Maxwell曾经认识到，低于这个连贯程度的桥梁或网络等构造不行能是刚性的了。这恰好与试验察看到确当细胞与少于4个相邻细胞连贯时，会产生组织液体化的征象相吻合。应用这个类比，他们可能证实，组织液体化显示出相变的特征。相变指的是从物资的一种状态（比方固体、液体或气体）过渡到另一种状态。

一个症结点

在发现这品种似于相变的征象后，这些研讨职员通过把持细胞的连贯性来挑战他们的实际。无论何种把持，连贯性的临界点都足以解释试验察看到的组织粘度的突然变动。此外，他们从非性命体系的物理学角度追踪到了一切预期的相变特征。Corominas-Murtra热心地解释道，“可能在一个真实的、有性命的体系中追踪到相变的一切预期个性是举世无双的。特殊是由于这种相变实际是针对有十亿个身分的体系而提出的，然而，咱们这里讨论的是一个只有几百个身分的体系。”

然则，要是每个细胞只失去一个连贯，就足以引发胚胎组织产生如斯严重的变动，那么若何防止不测的变动呢？Petridou说，“让我十分纳闷的是，这仿佛是一个对胚胎十分风险的进程。如今咱们晓得有一个临界点，咱们可以问是什么调理它的均衡。咱们发现的此中一个纪律是细胞决裂的光阴，它决议了组织的连贯性以及它的黏度在空间和光阴上的变动。”

从斑马鱼胚胎到研讨

这种相变对斑马鱼胚胎的进一步发育至关紧张。然而，它仿佛也在癌症的成长中发扬了作用。比来的研讨标明，当产生转移时，组织也会突然从固体变为液体，这能够使癌细胞更容易挪动。Petridou说，“要是能追踪到这个症结点，就开发了把持它的办法。咱们还没有如许的对象，但与其在观点上存眷年夜量能够在癌症成长中发扬作用的基因，不如存眷这个终极招致这种相变的症结点。”（100医药网 100yiyao.com）

参考材料：

1.Nicoletta I Petridou et al. . Cell, 2021, doi:10.1016/j.cell.2021.02.017.

2.Embryonic tissue undergoes phase transition

https://phys.org/news/2021-03-embryonic-tissue-phase-transition.html