用光遗传学控制器官生长被用来驱动组织的结构变化

在光遗传学中，研究人员利用光来控制蛋白质的活动。这项技术允许他们改变胚胎组织的形状，并抑制异常的发展。现在，来自EMBL Delenzis集团的科学家加强了阻止果蝇胚胎器官形成过程的技术。他们发表在《EMBO杂志》上的研究成果可以控制胚胎发育的关键步骤。

为了健康地发展，组织必须改变它的形状。例如，作为器官发育的一部分，细胞群体会改变其形状。EMBL的Stefano De Renzis和他的团队成员对这些形状变化背后的机制感兴趣，并使用光遗传学来控制它们。

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1:视频：内陷过程的侧视图。细胞的外/顶表面收缩，而内/基底表面松弛。这个协调的过程产生一股力量，驱使细胞向胚胎内部移动。这是器官发育的第一步。图片：丹尼尔克鲁格/EMBL

为了形成像肾脏这样的内部器官，细胞群必须向胚胎内部移动。在这个称为内陷的过程中，一组细胞的表面收缩，组织向内折叠。“想象一下，一个胚胎就像一个气球，组织内陷，就像手指造成的变形，把气球的表面向内推。项目负责人De Renzis说，唯一的区别是，细胞不像手指那样受到外力，但它们需要能够产生它们。他们自己进入内部。这一过程中的异常导致组织和器官的发育出现问题。

并启动和抑制内陷。

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折叠部分的柔韧性。当科学家使用光遗传学来强化这一表面时，细胞不可能向内弯曲，从而停止整个内陷过程。“如果不允许细胞放松它们的基底，它们就不能有效地收缩它们的顶端，组织内陷就停止了。坚持用气球类比，就像你同时挤压气球的顶部和底部一样。内部压力变得更高，气球无法再向内折叠，”德伦齐斯说。使用他们的新方法，我们不仅可以在陷阱发生前阻止它，还可以在过程中阻止它。

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2:修改和自然内陷的俯视图。虽然左侧组织通过光遗传学进行了修饰，不会内陷，但右侧组织会向胚胎内部折叠，形成一个小袋。图片：丹尼尔克鲁格/EMBL

虽然科学家们之前已经猜到了组织基底(内部)表面的重要性，但实验技术不足以检验这一点。使用他们的新方法，EMBL团队可以在不破坏细胞的情况下改变蛋白质的活性，同时仍然能够根据需要激活和失活修饰。他们的结果为一个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异常。

结合他们以前的结果，科学家们现在能够控制胚胎这一重要发育过程的每一步。虽然实验是在果蝇胚胎中进行的，但De Renzis希望结果和方法也适用于其他生物。在再生医学中，光遗传学可用于创造和塑造人工组织或控制组织发育。

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