研究人員揭示細胞中的生死決定是機械性的并跟組織液壓有關

據外媒報道，在包括人類在內的許多物種中，負責生殖的細胞即生殖細胞通常是高度相互聯系的并且共享各自的細胞質。在雌雄同體線蟲秀麗隱桿線蟲中，多達500個生殖細胞在性腺內相互連接。據悉，性腺是產生卵子和精子的組織。

這些細胞圍繞一個中心細胞質“走廊”排列、交換促進細胞生長的細胞質物質并最終產生準備受精的卵母細胞。

在過去的研究中，研究人員發現秀麗隱桿線蟲的性腺產生的生殖細胞比需要的多，其中只有一半會長成卵母細胞，而其余的會萎縮并通過生理凋亡死亡。現在，科學家們發現了能回答是什么觸發了在生殖系中生死之間的細胞命運決定的證據。

先前的研究揭示了導致細胞生理死亡的遺傳基礎和生化信號，但選擇和啟動單個生殖細胞凋亡的機制尚不清楚。當生殖細胞沿著線蟲的性腺成熟時，它們首先會在大小和體積上一起均勻地生長。在剛剛發表在《Nature Physics》上的研究中，科學家們指出，這種均勻生長會突然轉變為異質生長，即一些細胞變大、一些細胞變小。

該項研究的論文第一作者之一Nicolas Chartier指表示：“通過精確分析活蠕蟲中的生殖細胞體積和細胞質材料通量，并通過發展理論模型，我們已經確定了一種水力不穩定性，它放大了微小的初始隨機體積差異，這導致一些生殖細胞體積增加，而其他細胞體積減小。這種現象可以跟物理學家所熟知的雙氣囊不穩定性相比較。當同時向兩個橡膠氣球吹氣，試圖使它們都充氣時，就會產生這種不穩定性。只有大氣球才會充氣，因為它的內部壓力比小氣球低，因此更容易充氣。”

這就是在生殖細胞的選擇中起作用的原因：這種壓力差往往會破壞生殖細胞體積相等的對稱結構，即所謂的水力不穩定性，導致較大的生殖細胞以犧牲較小的生殖細胞為代價而生長。通過熱黏性泵送以人工減少生殖細胞體積，研究小組證明了是細胞體積的減少導致了細胞擠壓和細胞死亡，這意味著一旦細胞低于臨界大小就會誘導細胞凋亡并導致細胞死亡。

通過使用共聚焦成像，研究人員可以對活蠕蟲的整個生物體進行成像從而獲得所有性腺細胞體積的全局和精確圖像以及細胞之間的液體交換。生命卓越物理集群(PoL)的發言人和多學科工作的主管Stephan Grill補充稱：“這些發現非常令人興奮，因為它們揭示了細胞中的生死決定是機械性的并跟組織液壓有關。這有助于理解生物體是如何自動選擇一個細胞成為卵子的。”

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