我們的器官如何知道何時(shí)停止生長(zhǎng)

世界上最小的魚(yú) Paedocypris 只有 7 毫米。這與 9 米長(zhǎng)的鯨鯊相比不算什么。小魚(yú)與鯊魚(yú)共享許多相同的基因和相同的解剖結(jié)構(gòu)，但背鰭和尾鰭、鰓、胃和心臟，要小數(shù)千倍!與巨型表親不同，這種微型魚(yú)的器官和組織是如何停止快速生長(zhǎng)的?由瑞士日內(nèi)瓦大學(xué) (UNIGE) 和德國(guó)馬克斯普朗克復(fù)雜系統(tǒng)物理研究所 (MPIPKS) 的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)能夠通過(guò)研究其物理學(xué)并使用數(shù)學(xué)方程來(lái)回答這個(gè)基本問(wèn)題，正如他們發(fā)表在《自然》雜志上的工作所揭示的那樣。

發(fā)育組織的細(xì)胞在信號(hào)分子(形態(tài)發(fā)生素)的作用下增殖并組織起來(lái)。但是他們?cè)趺粗朗裁创笮∵m合他們所屬的生物體呢?UNIGE 理學(xué)院生物化學(xué)系教授 Marcos Gonzalez-Gaitan 和德累斯頓 MPIPKS 主任 Frank Jülicher 的研究小組通過(guò)追蹤不同大小組織細(xì)胞中的特定形態(tài)發(fā)生素，解決了這個(gè)謎團(tuán)在果蠅果蠅中。

在果蠅中，形態(tài)素 Decapentaplegic (DPP)，一種形成十五個(gè) (deca-penta) 附屬物(翅膀、觸角、下頜骨……)所需的分子，從發(fā)育組織內(nèi)的局部源擴(kuò)散，然后形成濃度梯度下降(或逐漸變化)，因?yàn)樗h(yuǎn)離源。在之前的研究中，Marcos Gonzalez-Gaitan 的小組與德國(guó)團(tuán)隊(duì)合作，表明 DPP 的這些濃度梯度會(huì)根據(jù)發(fā)育組織的大小擴(kuò)展到更大或更小的區(qū)域。因此，組織越小，DPP 梯度從其擴(kuò)散源的擴(kuò)散就越小。另一方面，組織越大，DPP morphogen 梯度的傳播就越大。然而，

解決生物學(xué)問(wèn)題的多學(xué)科方法

“我的團(tuán)隊(duì)由生物學(xué)家、生物化學(xué)家、數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家組成，他們的原始方法是分析每個(gè)細(xì)胞水平上發(fā)生的事情，而不是將我們的觀(guān)察放在組織的尺度上，”Marcos Gonzalez-Gaitan 評(píng)論道。“中心點(diǎn)是將生命物質(zhì)當(dāng)作物質(zhì)來(lái)處理，也就是說(shuō)，用物理學(xué)原理研究生物學(xué)，”弗蘭克·尤利歇爾 (Frank Jülicher) 說(shuō)。這兩個(gè)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一系列復(fù)雜的工具，可以使用定量顯微鏡技術(shù)非常精確地跟蹤組織細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞之間 DPP 分子的命運(yùn)。“這些工具使我們能夠?yàn)檫@種形態(tài)發(fā)生素定義大量與細(xì)胞過(guò)程相關(guān)的參數(shù)。例如，我們測(cè)量了它與細(xì)胞結(jié)合、滲透到細(xì)胞內(nèi)部的效率，在擴(kuò)散回其他細(xì)胞之前被細(xì)胞降解或回收?？傊?，我們測(cè)量了 DPP 的所有重要運(yùn)輸步驟，”生物化學(xué)系高級(jí)研究員、本研究的第一作者 Maria Romanova Michailidi 解釋說(shuō)。

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