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器官如何知道何时该停止生长?

科学
wanwan (42055)发表于 2021年12月29日 17时56分 星期三
来自机器人的逃跑计划
由日内瓦大学和马普复杂系统物理学研究院研究人员领导的多学科团队用数学方程解开了器官如何根据动物大小改变自身大小的谜团。发育组织的细胞在信号分子(形态发生素)的作用下增殖并组织。但它们是怎么知道什么大小适合它们所属的生物体?日内瓦大学理学院生物化学系教授 Marcos Gonzalez-Gaitan 和德累斯顿马普研究院主任 Frank Jülicher 的研究小组通过追踪果蝇体内不同大小组织内细胞中的特定形态发生素,解开了这个谜团。

在果蝇中,形成十五种附器所需的形态发生素 Decapentaplegic(DPP)源于发育中的组织内的局部源,随着与源的距离的增加,其浓度呈现梯度下降(或逐渐变化)。在之前的研究中,Marcos Gonzalez-Gaitan 的小组与德国团队合作表明,这些 DPP 浓度梯度会根据发育中的组织的大小扩散到更大或更小的区域。因此组织越小,DPP 从扩散源的扩散就越小。另一方面,组织越大,DPP 形态发生素梯度的扩散就越大。问题仍然是这种浓度梯度是如何与未来组织/器官不断增长的大小相适应的。

Marcos Gonzalez-Gaitan 称:“我们的团队由生物学家、生物化学家、数学家和物理学家组成,最初采用的方法是分析每个细胞水平上发生的事情,而不是将观察放在组织的尺度上。”Frank Jülicher 表示:“中心点在于将生命物质当作单纯的物质处理,也就是说用物理学原理研究生物。”两个团队开发了一系列复杂的工具,可以使用定量显微镜技术非常精确地跟踪组织细胞内和细胞之间 DPP 分子的命运。“这些工具使我们能为这种形态发生素定义大量与细胞过程相关的参数。”