一个国际科学家团队发现了一种新的细胞机制，可以解释细胞如何通过将自身包装成独特的形状来适应组织生长过程中的压力变化。

加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所、斯坦福大学霍普金斯海洋站和西班牙塞维利亚生物医学研究所(IBiS)的研究人员领导了这项研究，该研究在这种背景下使用海星胚胎作为模式生物，是新颖的。他们的研究结果发表在5月7日的《发展》杂志上。

该实验室工作是在里昂实验室的斯克里普斯海洋学海洋生物技术和生物医学中心(CMBB)进行的，该中心致力于利用海洋​​无脊椎动物推进进化发育生物学领域。这项研究因其使用海洋胚胎(特别是海星Patiriaminiata的胚胎)来了解细胞如何应对物理环境的变化而闻名。

“我们的研究表明，细胞响应压力而呈现出一种不寻常的几何形状。它揭示了细胞如何应对物理环境的变化，这种变化在每个组织中动态发生，”该研究的主要作者VanessaBarone说。斯克里普斯海洋学博士后研究员。

“这也是一个有趣的例子，说明研究海洋生物如何能够获得基础细胞生物学的广泛相关知识。”

作者表示，这些结果可能对理解健康细胞如何适应不受控制地生长的肿瘤细胞施加的压力具有重要意义。

虽然细胞不寻常的几何形状(盾状体)之前已经被描述过，但人们认为它的发生主要是由于细胞嵌入的组织的形状造成的。盾片具有类似棱柱的形状，顶部有六个边，底部有五个边。

先前的研究表明，当组织以某种方式弯曲时，例如管状或蛋形，一部分细胞将变成盾状体，因为在这种情况下，这是能量上有利的形状。

在这项新研究中，研究人员结合使用海星胚胎发育的实时成像、详细图像分析和计算模型来表明细胞在其他更常见的情况下也会变成盾状体。

他们发现，致密上皮组织中发生细胞分裂后，细胞变成了盾片。细胞是动物的组成部分。在胚胎发育过程中，这些细胞迅速分裂，数量增加。

上皮细胞因其强大的互连性和覆盖身体表面的能力而与众不同。这些细胞形成层，形成保护屏障，将成年动物的外表面与内腔分开。此外，上皮组织形成腺体，并且是许多器官(例如肝脏或肾脏)中的主要组织。

随着这些细胞数量的增加，它们通常需要适应有限的空间，从而导致组织压缩。因此，上皮细胞必须有效地自我组织，同时承受来自也在增殖的邻近细胞的压力。这项研究表明，上皮细胞很可能能够通过采用盾状形状来容纳新形成的细胞。

“通过观察海星的胚胎，我们正在揭示有关细胞生物学的重要新信息，这些信息与人类健康具有潜在的联系，”斯克里普斯海洋学研究所的研究合著者兼海洋生物学家迪尔德丽·里昂斯说。

“这是第一项真正展示海星胚胎发育过程中上皮细胞堆积和细胞分裂的研究，并在现场电影中捕捉到。我们的发现对于理解这些组织的细胞结构具有广泛的意义。”

海星胚胎非常适合了解细胞在增殖时如何组织成上皮层。这是因为海星细胞经历了几轮同步细胞分裂，导致上皮层的形成。

此外，这些胚胎在海水中发育，相当透明，很容易在高分辨率显微镜上成像。这些特性使科学家能够随着时间的推移跟踪每个单独的细胞，同时观察整个上皮组织的形成。

“细胞生长和组织之间的适当协调是一个非常复杂的过程。通过使用海星胚胎作为模型，我们已经能够动态研究其早期发育阶段，”该研究的合著者路易斯·玛丽亚·埃斯库德罗(LuisMaríaEscudero)说IBiS的研究员。

斯克里普斯海洋学的研究人员在实验室中捕获了实时图像，显示这些细胞过程正在进行。IBiS团队随后使用Escudero团队最近发布的一种新颖的图像分析方法CartoCell来进一步分析图像。CartoCell是一种基于深度学习的软件工具，可以快速自动处理三维图像，例如来自海星胚胎延时摄影的图像。

“我们观察到，细胞分裂后，细胞立即形成盾状形状的可能性显着增加，”埃斯库德罗说。“因此，我们得出的结论是，增殖引起的细胞密度增加与形状的变化有关。这种形状的变化可能是因为细胞在呈盾片状时能更好地承受压力。”

通过展示细胞如何在组织内组织以应对压力，这项研究可以为未来与癌症研究相关的应用打开大门。

“我们的研究可以帮助了解受压组织中发生的变化，无论是由于正常过程还是疾病相关情况，”现任斯坦福大学助理教授的巴罗内说。

除了Barone、Escudero和Lyons之外，研究团队还包括来自IBiS的共同第一作者AntonioTagua以及研究共同作者JesusÁ。来自IBiS的Andrés-SanRomán和JuanGarrido-García，以及来自ScrippsOceanography的AmroHamdoun。