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揭秘斑马鱼中心体的“镜子”,探索平衡的奥秘

08-22

揭秘斑马鱼中心体的“镜子”,探索平衡的奥秘


前言

如果中心体的定位是建立诸如Pard3等极性蛋白的正确定位的关键,那么中心体是如何特异性地定位到神经棒的中线的呢?

简单的回答是,研究人员还不知道具体的数据,但来自其他系统的数据以及研究人员自己的工作表明,至少有三个因素可能是重要的。

一个是神经棒浅表面基板的影响,第二个是钙粘蛋白粘连的影响,第三个是极性蛋白如Pard3和aPKC围绕中线的早期沉积。

基底椎板的作用

许多研究表明,细胞外基质,也就是细胞外基质蛋白,如层粘连蛋白和β1整合素,在定位上皮管内的顶端-基底极性方面的重要性。MDCK研究表明,基粘连蛋白在基膜上的组装对于顶基极轴组织是必要的,并依赖于小GTPase Rac1的信号传递。

β1整合素与胶原蛋白的相互作用与启动Rac1通路信号传导有关,这种激活被认为是具体归因于α2β1和α6β4整合素

Rac1参与了许多下游信号通路,这可能介导其对顶基极性的影响

例如,Rac1在MDCK囊肿极性重定位过程中激活pi3-激酶/Akt1,并可能抑制RhoA-RockI-MyosinII通路。

然而最近一项关于小鼠乳腺管腔形成的研究表明,在基底膜沉积的下游,β1整合素信号通路通过一个单独的、rac1独立的机制发挥作用。

在这种情况下,β1整合素通过整合素连接激酶发挥作用,是乳腺上皮细胞微管定向,从而调节极性蛋白如Pard3、aPKC和ZO1的顶端靶向。

它通过将微管蛋白EB1募集到基底外侧表面来实现这一点,从而固定微管的正端,并引导顶端成分的运输。

在小鼠动脉内皮细胞中,需要β1-整合素介导的顶端极性定位以实现适当的管腔形成,在人内皮细胞腔内形成的体外模型中也存在类似的分子机制

最近的研究也表明,细胞外基质在组织上皮极性轴和连接位置方面的作用部分是由于细胞外基质介导的物理限制和细胞间力量

这些研究表明,细胞外基质成分在上皮管的顶端-基底取向中普遍重要。研究人员的工作证实,在发育中的斑马鱼后脑中也是如此,在此中,层粘连蛋白1的敲除或突变导致神经上皮细胞基底端顶端极性反转。

这随后在对斑马鱼大脑发育中的另一个区域——发育中的视野的研究中得到了证实,这也表明,极化需要与基板密切接触

这些研究表明,神经棒基底表面的细胞外基质负责引导顶端极性蛋白远离基表面,并表明中心体的位置也可能受到基板成分的影响,当然这还有待测试。

钙粘蛋白基粘连的作用

即使中心体通过向细胞的相反端移动来对基底板成分做出反应,这也不能轻易解释为什么中心体停止在神经棒的中线,沿着跨越中线的细胞分开

研究结果强烈表明,这种中心体位置的细化依赖于细胞-细胞之间的相互作用,即细胞通过中线相互交错

通过研究分裂阻断的细胞以消除中线分裂的极化影响,研究人员发现,如果左右两侧的细胞相互作用被阻止,它们在最“反基底”极极化,不再沿其长度部分启动顶端复合体的形成。然而,被允许聚集和交错的细胞聚集,连环蛋白斑点沿其膜穿过中线的交错区,这表明钙粘蛋白为基础的粘连可能在该区域突出。

由于在其他系统中,基于钙粘蛋白的连接影响中心体定位有很强的先例,研究人员假设它们是在指示斑马鱼神经棒中的中心体位置。与当前讨论特别相关的是,n-钙粘蛋白连接和e-钙粘蛋白连接在迁移细胞的中心体定位中具有指导意义。

研究还发现了功能性连环蛋白在维持中心体、微管网络以及小鼠中脑神经祖细胞的顶端极性方面的重要作用。

即使在缺乏钙粘蛋白的非后生动物盘基网柄菌中,一种(-连环蛋白同源物似乎对中心体定位是必需的。

虽然尚未在斑马鱼神经管中寻找钙粘蛋白影响中心体位置的直接证据,但n-钙粘蛋白已被证明对一般管形态发生很重要和新生钙蛋白阳性粘附簇被提出在中线分裂时影响纺锤体的方向,并依赖于涂鸦。

极性蛋白的作用

另一种可能性是,如Pard3这样的极性蛋白可能在中心体在神经棒中线的定位中发挥作用。极性蛋白已被证明影响几种不同生物体和细胞类型的中心体定位。在秀丽隐杆线虫的肠道细胞中,中心体向Pard3和Pard6的积累方向移动,然后一起移动到顶端表面。如果Par3被耗尽,那么中心体就不会在顶端定位

同样,aPKC最近被发现与MDCK细胞的中心体定位和随后的管腔形成有关。在迁移的成纤维细胞中,Pard3被认为与动力蛋白相互作用,将MTs系在细胞-细胞接触附近,Pard3缺失阻止中心体朝向细胞的前沿,而不影响连接标记物

在斑马鱼的神经管中,吗啡啉敲除Pard3可以阻止中心体定位于顶端表面。由于中心体可能负责组织所需的微管细胞骨架交付Pard3的顶端神经杆细胞,一个自我强化的循环Pard3和中心体相互作用可能建立和维持这些组件在神经棒的中线

关于斑马鱼神经棒的一个工作假说

显然,在斑马鱼神经棒中线处建立管腔的顶端复合体和连接处的形成是一个复杂的过程,包括一个相互关联的蛋白质网络和信号级联。研究人员认为,细胞的整体顶基底取向是由与杆状体基底表面的基底板成分的相互作用所决定的。

研究人员假设这些相互作用可能通过整合素-激酶机制将钙粘蛋白、Pard3、aPKC、aPKC等中心体从基底表面导向

在神经棒中线的交叉区形成以钙粘蛋白为基础的连接可能作为神经棒中心极性建立的“种子”。这将触发极性蛋白的斑点,如Pard3在此点附近的广泛积累

一旦Pard3斑点积累,中心体就可以被招募到这一点,将微管细胞骨架锚定在组织的中间。然后,这个中心体“镜像”可以通过微管介导的运输加强和细化极性蛋白传递中线,并指定镜像对称中线分裂的位置。

为什么对称很重要?

在斑马鱼神经棒中线处组装管腔并产生镜像对称神经管的机制。实现神经管左右对称的机制很少被讨论,事实上,更多的注意力集中在研究相对罕见的不对称区域打破左右对称的机制。

这种对称破缺机制被强加到最初对称的神经管上,因此最初的蓝图是对称的,然后可以修改。左右对称在神经管中具有明显的重要性,因为它是确保神经中线两侧的祖细胞和神经元均匀分布的第一步。

斑马鱼神经棒的镜像对称分裂,除了组织管腔的形成外,还有一个有趣的结果,即在神经中线上平均共享子细胞。因此即使左右两侧的祖细胞数量最初不相等,这种不平衡也会通过中线分割得到纠正。

斑马鱼神经管提供了一个系统的例子,其中对称和平衡必须存在,以实现正确的功能。这一原则在自然结构和人造结构中都广泛相关。例如,罗马建筑师维特鲁威将理想人体比例中的对称性与应该反映在建筑中的几何结构进行了相似之处。他的建筑设计的三个原则分别是坚固、实用和有毒。

总结

对称在自然界中所允许的力量和功能是否与对称所传达的美丽有关,这还难以检验,但即使是人类对美丽和配偶偏好的感知似乎也受到身体对称的显著影响。

列奥纳多·达·芬奇基于维特鲁维原理的著名画作维特鲁维人,证明了研究人员对对称的持续迷恋,并表明,无论是考虑几何还是美,对称都是核心

参考文献

不同光照条件对斑马鱼趋光行为的影响[J]. 卢克祥;许柳雄;邓青燕.上海海洋大学学报

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长期低氧胁迫下斑马鱼的卵巢转录组特征分析[J]. 吴煜国;林枫;江守文;贾若南;蒋聪伍;许强华.基因组学与应用生物学

色温对斑马鱼趋光行为影响的研究[J]. 邓青燕;卢克祥;钱卫国;王伟杰;戴明云.大连海洋大学学报

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