揭示控制胚胎尺寸和細胞命運的水力控制機制

尺寸控制是組織發(fā)育和組織穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)。雖然細胞增殖在這些過程中的作用已得到廣泛研究，但是控制胚胎尺寸的機制以及這些機制如何影響細胞命運仍是未知的。

在一項新的研究中，來自德國歐洲分子生物學(xué)實驗室、美國哈佛大學(xué)、德雷塞爾大學(xué)和日本京都大學(xué)的研究人員使用小鼠胚泡作為模型來揭示充滿液體的腔（下稱充液腔）在控制胚胎尺寸和確定細胞命運方面所起的關(guān)鍵作用。相關(guān)研究結(jié)果于2019年6月12日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Hydraulic control of mammalian embryo size and cell fate”。

這些研究人員發(fā)現(xiàn)在在胚泡發(fā)育過程中充液腔壓力增加了兩倍，這種壓力增加轉(zhuǎn)化為位于充液腔內(nèi)壁上的滋養(yǎng)外胚層的細胞皮質(zhì)張力和組織硬度的同時增加。增加的皮質(zhì)張力導(dǎo)致紐蛋白（vinculin）機械傳感和功能性緊密連接的成熟，從而建立正反饋回路來適應(yīng)充液腔生長。

當(dāng)這種皮質(zhì)張力達到臨界閾值時，在有絲分裂進入期間，細胞間粘附不能持續(xù)保持，這導(dǎo)致滋養(yǎng)外胚層破裂和胚泡塌陷。一種簡單的水力門控振蕩理論概括了觀察到的尺寸振蕩的動態(tài)變化，并預(yù)測了胚胎尺寸隨組織體積的變化。

這種理論進一步預(yù)測，受到破壞的緊密連接或增加的組織硬度導(dǎo)致較小的胚胎尺寸，這些研究人員通過生物物理學(xué)、胚胎學(xué)、藥理學(xué)和遺傳學(xué)擾動驗證了這一點。充液腔內(nèi)壓力和尺寸的變化能夠影響滋養(yǎng)外胚層的細胞分裂模式，從而影響細胞分配和命運。

由此可見，這項新的研究揭示了充液腔壓力和組織力學(xué)如何在組織水平上控制胚胎尺寸，而在細胞水平上，這與細胞位置和命運密切相關(guān)。