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果蝇卵在自身的生长中起着积极的作用

一群所谓的“神经细胞”在发育过程中围绕并支持正在生长的果蝇卵,为卵(或“卵母细胞”)提供其生长所需的所有营养和分子。普林斯顿大学研究人员于3月21日在《发育细胞》杂志上报道说,果蝇卵长期以来一直被认为是被动的,它实际上不仅在自身生长中而且在周围护士细胞的生长中都起着积极作用。

Flatiron研究所中心发展动力学小组负责人Stanislav Shvartsman说:“在这里,我们展示了一个不同细胞之间双向对话的例子。卵子正在积极地控制着这些支持细胞的自身摄食。”普林斯顿大学计算生物学教授,化学和生物工程教授以及路易斯-西格勒综合基因组学研究所教授。果蝇中双向通讯的发现对于理解哺乳动物的发育具有重要意义,在该过程中,卵还由周围的细胞进行哺育。

这项研究由分子生物学教授Shvartsman和Elizabeth Gavis领导。Caroline Doherty是第一作者,Rocky Diegmiller和Manisha Kapasiawala参与了这项研究。

在早期发育中,四个细胞分裂会形成组成果蝇种系囊肿的16个相连细胞,这是配子发育期间形成的第一个结构。其中之一成为鸡蛋;其他15个细胞通过为鸡蛋提供大量营养,从而支持鸡蛋的急剧生长,这些营养物质通过复杂的微管网络以及鸡蛋和护士之间的细胞质连接传播细胞。迄今为止,科学家们一直将卵母细胞视为被动接受者。Shvartsman说,观察到根据其距卵母细胞距离的不同而大小不同的护士细胞群,研究人员怀疑它们发生了某种类型的细胞-细胞通讯。Doherty说,由于细胞大小和细胞周期紧密相关,因此研究影响护士细胞周期的因素显然是下一步。

研究人员研究了一种叫做Dap的蛋白质(Dap(Da capo)的缩写,意思是“从顶部”开始),该蛋白质会影响细胞周期进程。护士细胞向卵母细胞提供制造Dap蛋白所需的RNA分子。Doherty注意到,由卵母细胞制造的Dap蛋白出现在护士细胞中,其出现速率表明它从卵母细胞中扩散出来。在将能够识别Dap的微小抗体(称为纳米抗体)融合到可以将Dap捕获在卵内的蛋白质之后,Doherty看到了护士细胞中Dap含量的下降。总之,这些实验表明,一旦卵产生了Dap,它就会扩散到捐赠Dap RNA的非常哺乳细胞中,从而为果蝇中双向卵母细胞与护士细胞之间的交流提供了第一个证据。”反馈回路说:“鸡蛋正在控制向其加载营养和信息的细胞的生长”。

为了更好地理解这种双向通信的逻辑,研究人员将系统建模为耦合振荡器的网络:基于驱动细胞周期的生化时钟的模型。该模型强调了可扩散细胞周期抑制剂(如Dap)在建立类似于果蝇中观察到的细胞大小层次中的作用。重要的是,它还表明必须在特定范围内调整振荡器,以建立一个反馈回路,使鸡蛋能够获得适量的营养,以实现适当的生长和生存能力。Shvartsman说:“这16个单元构成了我们可以剖析这种复杂反馈回路的最简单系统之一。”

下一步,Doherty计划研究卵母细胞-神经细胞囊肿与其周围的卵泡细胞表层之间的信号传导。“这两种组织类型需要一起生长,然后,留在护士细胞上的卵泡细胞会伸展。这种定位是否是适当伸展卵泡细胞所必需的?” 多赫蒂问。Shvartsman补充说:“我们可能会从这三种细胞类型之间的对话转变为对话。”

果蝇发育中双向通讯的发现指出了生物学中普遍机制的概念,因为在哺乳动物中也可以看到卵母细胞与支持细胞之间的来回通讯。麻省理工学院生物学教授Yukiko Yamashita说:“这项研究为发现更多这种正在发展的细胞串扰的实例提供了可能性。” 尽管以前关于哺乳动物的研究集中在卵对周围细胞代谢的控制上,但这项研究可能会促使研究人员研究卵对细胞周期的影响西北大学芬伯格医学院生殖科学中心副主任弗朗西斯卡·邓肯(Francesca Duncan)说,这种调节作用是哺乳动物的。加维斯补充说:“这项工作巩固了果蝇和哺乳动物之间的相似之处。”

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