用光控制器官生长光遗传学用于驱动组织中的结构变化

时间：2022-05-05 13:34:38 来源：网络整理

在光遗传学中，研究人员使用光来控制蛋白质活性。该技术允许它们改变胚胎组织的形状并抑制异常的发展。现在，EMBL的De Renzis小组的科学家已经加强了停止果蝇胚胎器官成形过程的技术。他们的研究结果发表在EMBO期刊上，可以控制胚胎发育的关键步骤。

为了健康发育，组织必须改变其形状。例如，细胞群改变其形状，作为器官发育的一部分。Stefano De Renzis和他在EMBL的团队成员对这些形状转换背后的机制感兴趣，并使用光遗传学来控制它们。

https://youtu.be/zOqeDABZiIA

视频1：内陷过程的侧视图。细胞的外/顶面收缩，而内/基面松弛。这种协调的过程产生一种力，驱动细胞朝向胚胎内部。这是朝向器官发展的第一步。图片：DanielKrüger/ EMBL

为了形成像肾脏这样的内部器官，细胞群必须朝向胚胎内部移动。在这个称为内陷的过程中，一组细胞的表面收缩并使组织向内折叠。“想象一下胚胎就像一个气球和组织内陷，就像手指所引起的变形一样，将气球表面推向内部。唯一的区别是细胞没有像手指那样受到外力，但需要能够产生这个项目的负责人De Renzis说道，他们自己进入内部。该过程中的异常导致组织和器官发育中的问题。

启动和抑制内陷

De Renzis和他的团队抑制了自然发生的内陷过程，以了解其驱动因素。一个关键的方面是组织表面向内折叠的部分的灵活性。当科学家使用光遗传学来强化这个表面时，细胞就不可能向内弯曲，从而停止整个内陷过程。“如果不允许细胞放松它们的基部，它们就不能有效地收缩它们的顶点，并且组织内陷停止。坚持使用气球类比，就像当你同时挤压气球的顶部和底部时一样。内部压力变得更高并且气球不能再向内折叠，“De Renzis说。使用他们的新方法，不仅可以在发生之前阻止内陷，而且还可以在进程中途停止内陷。

https://youtu.be/Con4D_9BLGg

视频2：修改和自然内陷的顶视图。虽然左侧组织用光遗传学修饰并且不会内陷，但右侧组织朝向胚胎内侧折叠并形成小袋。图片：DanielKrüger/ EMBL

虽然科学家们之前曾猜测组织的基底(内部)表面的重要性，但实验技术还不足以测试这一点。使用他们的新方法，EMBL团队可以在不损坏细胞的情况下修改蛋白质活性，同时仍然能够根据需要激活和停用修饰。他们的结果为长期存在的理论提供了第一个证据，该理论可以解释胚胎发育过程中的形态学异常。

结合他们以前的结果，科学家现在能够控制胚胎中这一重要发育过程的每一步。尽管实验是在果蝇胚胎中进行的，但De Renzis期望结果和方法适用于其他生物。光遗传学可用于创建和塑造人造组织或控制再生医学中的组织发育。

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