科研学术

近日，电子科技大学生命科学与技术学院刘贻尧教授、李顺副教授团队与清华大学冯西桥教授、法国图卢兹第三大学王啸波研究员团队合作，在细胞扁平化与组织伸长方面取得进展。4月8日，相关成果以“基底肌球蛋白脉冲扩张上皮细胞协调细胞扁平化和组织伸长（Basal actomyosin pulses expand epithelium coordinating cell flattening and tissue elongation）”为题，发表在《自然•通讯》（Nature Communications）杂志上。电子科技大学李顺副教授、清华大学刘宗源博士为论文第一作者，刘贻尧教授、冯西桥教授、王啸波研究员为通讯作者，电子科技大学为第一单位。生命学院杨开富副研究员为数据分析提供了帮助。

肌动蛋白网络通过收缩细胞表面或胞间连接改变细胞或组织的形态。然而，细胞受机械应力作用扩张时，肌动蛋白网络会增强并极化以松弛应力，从而保持细胞极性与结构稳定。因此，应力作用情况下，细胞面临着肌动蛋白收缩特性增强与细胞（或组织）扩张行为之间的矛盾。为了理解细胞是如何应对、解决这种矛盾的，团队研究了果蝇卵室发育后期中的上皮细胞行为，发现了一种不寻常的上皮细胞扩张波行为（图1）。

图1 果蝇卵室发育中的上皮细胞扩张波行为

该模型中上皮细胞会经历包括皱褶、起始与扩张三步，并伴随着基底面积的增加。该扩张过程中Rac1和Rho1信号通过时空上的协调，将脉冲肌动蛋白网络与褶皱和粘着斑等事件联系在一起，增加并稳定上皮细胞的基底面积，使上皮细胞扁平化和伸长。这种上皮细胞扩张行为以定向波的形式逐步出现，并将细胞的扁平化、伸长与卵母细胞的生长、延伸联系起来。而卵母细胞的生长反过来又使上皮细胞变形，从而反馈推动细胞扩散。超分辨显微成像进一步揭示了肌动蛋白的微观网络结构，基底脉冲肌动球蛋白网络在物理结构上表现出一种由弱丝和短支链结构组成的不同于经典结构的非线性模式，该非收缩力学与非线性结构的网络还并伴随着肌动蛋白与II型肌球蛋白的肌动球蛋白网络的时空信号分离，这也解释了脉冲肌动球蛋白具有扩张效应的物理基础。进一步地，团队利用包含这些扩张特性脉冲肌动球蛋白生的力学模型很好地模拟了上皮细胞的扩张波与卵母细胞的生长和延伸（图2）。

图2 扩张波调节上皮细胞扁平化与组织伸长的机制示意图

该研究系统揭示了肌动球蛋白网络除了传统的收缩特性外还具有扩张效应这一新规律，是驱动组织形态发生的关键机制，同时也解决了肌动球蛋白网络增强与细胞扩张行为之间的矛盾。

作者介绍：

李顺，副教授，硕士生导师。长期从事肿瘤微环境、干细胞及生物材料相关的生物力学研究，主要包括：肿瘤细胞几何形态调控肿瘤细胞命运，胞外基质刚度和拓扑结构调节肿瘤细胞恶性分化，果蝇发育进程中与细胞运动相关的生物力学问题等。已在Nature Communications、Cancer Commun、Biofabrication、Cell Mol Immunol、Free Radical Bio Med、BBA-Mol Basis Dis、BBA-Mol Cell Res等国际学术期刊发表SCI论文40余篇，授权国家发明专利1项。主持国家自然科学基金面上项目3项。

刘贻尧，教授、博士生导师，电子科技大学信息生物研究中心副主任。长期致力于肿瘤生物力学与肿瘤微纳医学工程、细胞-材料交互作用与调控机制等交叉学科的研究。迄今以第一作者/通讯作者在Nature Communications、Biotechnology Advances、ACS Nano、Advanced Science、Nano Today、Bioactive Materials、Biomaterials、Cellular & Molecular Immunology、Small、Cancer Communication、Cancer Letters等发表SCI收录论文100余篇，SCI他引8000余次，授权国家发明专利10项，主持了国家自然科学基金重点项目等国家或省部级课题20余项。先后获得教育部新世纪优秀人才、四川省有突出贡献专家、四川省杰出青年基金、四川省学术技术带头人和重庆市巴渝学者讲座教授等荣誉。

文章信息：

Shun Li#, Zong-Yuan Liu#, Hao Li, Sijia Zhou, Jiaying Liu, Ningwei Sun, Kai-Fu Yang, Vanessa Dougados, Thomas Mangeat, Karine Belguise, Xi-Qiao Feng*, Yiyao Liu*, Xiaobo Wang*. Basal actomyosin pulses expand epithelium coordinating cell flattening and tissue elongation. Nat Commun. 2024 Apr 8; 15(1): 3000.

https://www.nature.com/articles/s41467-024-47236-1