近日，一個(gè)德國(guó)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，線蟲生殖細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程中，約一半的生殖細(xì)胞會(huì)逐漸凋亡，而決定這些生殖細(xì)胞死亡的機(jī)制卻是機(jī)械性的，與組織的液壓有關(guān)。
在包括人類在內(nèi)的許多生物體中，生殖細(xì)胞共享細(xì)胞質(zhì)。在雌雄同體的秀麗隱桿線蟲的性腺中，多達(dá)500個(gè)生殖細(xì)胞排列在中央“通道”周圍，交換用來(lái)促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)的細(xì)胞質(zhì)，并最終產(chǎn)生準(zhǔn)備受精的卵細(xì)胞。在此前的研究中，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)線蟲性腺產(chǎn)生的生殖細(xì)胞比需要的多，最后只有一半長(zhǎng)成卵母細(xì)胞，而其余的則變小并出現(xiàn)生理性細(xì)胞凋亡。迄今為止，人們尚不清楚究竟是什么決定了單個(gè)生殖細(xì)胞的死亡機(jī)制。
現(xiàn)在，來(lái)自德累斯頓工業(yè)大學(xué)、馬克斯·普朗克研究所以及加州大學(xué)伯克利分校等多個(gè)研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了觸發(fā)線蟲生殖細(xì)胞優(yōu)勝劣汰決定的證據(jù)。相關(guān)成果發(fā)表在近日的《自然·物理學(xué)》雜志上。論文第一作者，德累斯頓工業(yè)大學(xué)的尼古拉斯·夏提耶解釋說(shuō)：“通過(guò)對(duì)活線蟲生殖細(xì)胞的體積和細(xì)胞質(zhì)流動(dòng)的準(zhǔn)確分析，并建立相應(yīng)的理論模型，我們發(fā)現(xiàn)了組織液壓的不穩(wěn)定性會(huì)放大最初隨機(jī)的很小的體積差異，并最終導(dǎo)致一些生殖細(xì)胞以犧牲其他細(xì)胞為代價(jià)的成長(zhǎng)。”
這是生殖細(xì)胞選擇中的關(guān)鍵：這種壓力差異會(huì)破壞相同體積生殖細(xì)胞的平衡配置。液壓的不穩(wěn)定性導(dǎo)致較大的生殖細(xì)胞以較小的生殖細(xì)胞(凋亡)為代價(jià)的生長(zhǎng)。這種不穩(wěn)定現(xiàn)象可以用物理學(xué)中雙氣球不穩(wěn)定性來(lái)描述。通過(guò)一個(gè)三通管同時(shí)給兩個(gè)氣球充氣時(shí)，較大的氣球更容易膨脹，因?yàn)樗容^小的氣球具有更低的內(nèi)部壓力。科學(xué)家們通過(guò)受控流動(dòng)激光技術(shù)(FLUCS：聚焦光誘導(dǎo)的細(xì)胞質(zhì)流)人為地縮減生殖細(xì)胞的體積，結(jié)果證明一旦細(xì)胞體積低于臨界尺寸，細(xì)胞凋亡就會(huì)開始并且最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。
通過(guò)共聚焦顯微鏡成像，研究人員對(duì)活線蟲的內(nèi)部進(jìn)行成像，獲得了性腺內(nèi)細(xì)胞體積和細(xì)胞間液體交換的精確圖像。論文通訊作者、德累斯頓工業(yè)大學(xué)生命物理(PoL)卓越集群發(fā)言人和多學(xué)科研究負(fù)責(zé)人斯蒂芬·格里爾教授補(bǔ)充說(shuō)：“這些發(fā)現(xiàn)非常令人興奮，因?yàn)樗鼈儽砻鳎P(guān)于細(xì)胞生與死的決定本質(zhì)上是機(jī)械的，并且與組織的液壓有關(guān)。這有助于我們了解生物體如何自動(dòng)選擇將成為卵細(xì)胞的細(xì)胞。此外，這項(xiàng)研究也是德累斯頓生物學(xué)家、物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家之間出色合作的又一個(gè)例子。”(記者 李山)
關(guān)鍵詞： 液壓 不穩(wěn)定性 細(xì)胞 生殖細(xì)胞死亡
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