科研人员利用全景实时成像成功揭示了流体力塑造囊胚发育过程

来源：BB贝博APP体育    发布时间：2024-02-02 02:45:22

技术参数

  “我是谁?我从哪里来?要到哪里去?”是发育生物学探究细胞命运的核心问题。从单个受精卵到形成由200多种不同细胞类型组成的个体，离不开细胞的增殖及细胞命运的分化。囊胚发育过程中，细胞的分布和形态发生显著的变化，产生了第一次细胞命运决定，形成了内细胞团(innercellmass,ICM)和滋养层细胞(trophectoderm,TE)。第一次命运决定由包括各种分子在内的多因素共同驱动发生，如Hippo通路在ICM和TE细胞中影响不同基因表达状态【1】，分子水平的不对称分布【2】等。囊胚发育中细胞致密化及囊胚腔的形成，生物力学在第一次命运决定中起着推动作用。

  2016年，Maitre等人发现顶端区域的不对称分裂导致细胞收缩性的差异，从而促进细胞命运的特化【2】。2019年，Chan等人发现囊胚发育过程中，液腔压力影响TE细胞的分裂模式，进而调控了细胞分化和命运决定【3】。然而已有研究方法仅能测量局部区域或部分细胞(TE)，无法探究胚胎内部比如ICM受到的机械力。此外，何种机械力调控ICM细胞命运也尚不得知。早期胚胎发育是一个快速、动态的过程，已有研究的方法尚不能长时程实时报告或检测力与细胞谱系的关系。

  2023年8月3日，北京大学未来技术学院、北京大学-清华大学生命科学联合中心何爱彬团队于CellStemCell在线发表了题为“Geneticreporterforlivetracingfluidflowforcesduringcellfatesegregationinmouseblastocystdevelopment”的文章，该研究之后发现在早期哺乳动物囊胚腔中存在流体力，并鉴定出可实时报告流体力大小的因子——KLF2，实现了囊胚形成过程中流体力的测量和动态长时程细胞谱系的绘制，证明流体力调控了第一次细胞命运决定，为胚胎发育与生物力学研究提供了新视角。

  研究者向囊胚腔内显微注射荧光小球，观测到相对于甲醛固定胚胎，发育中的囊胚腔内存在有方向性的荧光小球运动。随后，研究者建立了一套模拟流体力的方式，通过单细胞转录测序，发现胚胎干细胞干性相关基因KLF2可能具有快速响应流体力的能力。研究者通过原核注射过表达等实验，找到响应流体力的3个特异性增强子，确定其关键差异性原因。研究者利用建立的KLF2报告小鼠，通过药物培养、磁流体等体内、体外力学干扰实验，进一步阐明KLF2的力学报告的准确性。

  囊胚腔内存在流体剪切力。(A—C)囊胚腔内注射荧光小球的运动情况。固定胚胎囊胚腔内荧光小球呈现无规则运动;活体胚胎囊胚腔内荧光小球呈现有方向性的运动。(D—E)体外摇床力学施加实验证明施加液体剪切力后，KLF2水平显著升高

  囊胚是早期胚胎发育的重要阶段，由滋养层、内细胞团和囊胚腔三部分结构组成。先前的研究已经指出，囊胚内的液体压力直接影响胚胎的大小，并对内细胞团和滋养层的命运决定起着关键作用【3】。研究者利用长时程体外流体力刺激及细胞移植等实验，确定流体力与细胞命运之间的联系，力的变化可由KLF2的荧光强度测定。

  接下来，研究者将KLF2报告检测的发育中的流体力学动态变化，细胞命运和细胞谱系整合在一起绘制了全景力学细胞谱系图。研究者利用自建的高分辨率光片显微镜vLSFM，对Klf2-H2Bmcherry小鼠胚胎从E2.0到E3.5左右的发育过程进行了长时间活体成像全景谱系追踪，获取了多套小鼠胚胎着床前动态发育图谱。相较于研究者之前长时程动态追踪胚胎心室建成的工作【4、5】，研究者将传统的三角中空琼脂装载方法改为密封FEP管，以确保胚胎有足够的生长空间和培养液，同时实现内外隔离。通过活体成像技术的应用，研究者成功地探究了小鼠胚胎在力学报告模型的可视化系统中，在着床前阶段的细胞命运决定特性。研究根据结果得出，流体力越大，KLF2的表达越高，胚胎细胞倾向于分化成ICM;细胞感受到的流体力越小，KLF2的表达越低，细胞倾向于分化成TE。

  总之，该研究首次发现囊胚发育中存在流体力，并利用鉴定到的流体力学报告基因，开发了一套用于连续实时监测流体力和细胞命运的长时程活体成像系统，绘制了早期胚胎发育过程流体力学细胞谱系树。这项研究为机械生物学领域的研究提供了一种新的思路，利用遗传力学报告系统，未来或许可用于揭示肿瘤转移等过程中的机械力变化和命运决定。

  北京大学未来技术学院博士生张幼东、李鑫、高姝和已毕业硕士研究生廖远辉为论文共同第一作者。何爱彬，以及实验室已毕业博士生(现吉林大学第一医院教授)岳晏竹教授为本文的共同通讯作者。北京大学工学院熊春阳教授和生命科学学院杜鹏教授对研这项究提供了宝贵建议。该研究获得了科技部干细胞专项、国家自然科学基金委的和生命科学联合中心的支持。

  该文章内容仅代表作者观点，不代表复禾健康观点，如涉及版权问题，请及时联系我们予以删除！

  刮痧是现在非常传统的一种中医治疗方法，当感觉到自己的身体内部出现一些慢性疾病的时候就能够使用刮痧的方式去缓解，尤其是关节部位疼痛的过程中如果是采用刮痧的话效果就会变得更好一些的，但是对于大腿内侧刮痧也是有很多讲究的，有一些人是不适合刮痧的...[详细]

  刮痧是现在一种流行起来的以中医为主的治疗方式。慢慢的变多的人，出现一些明显的异常问题的时候选择中医的刮痧疗法。刮痧可以在人体的很多部位进行，比如脸上背上，腹部等等。不过，我在这里我要提醒的是，孕妇的腹部和腰骶部是严禁刮痧的。下面我来说一下关于脸部刮痧的具体...[详细]

  刮痧是我国非常传统的一种疗法，刮痧能够在一定程度上帮助扩张毛细血管，增加汗腺的分泌，进而达到增强血液循环的效果，所以经常刮痧对身体有帮助的。那么刮痧能丰胸吗。方法又是什么呢!...[详细]

  刮痧是很常见的一种中医的疗法，很多的病人都喜欢采用中医调理。比如按摩、推拿、牵引、针灸、拔火罐、刮痧等都是属于中医的治疗方法。而且刮痧适用于很多种疾病，比如感冒咳嗽、体虚体寒、发热头疼、中暑头晕、月经不调等等，虽然刮痧的功效很多，但是在进行...[详细]

  刮痧是属于一种比较古老的中医治疗的方法了，但是在现在却是越来越流行了，很多朋友在家里没事的时候就会用一些勺子或者是硬币来进行刮痧，刮出一道道血痕是所谓的出痧了。这对于一些疾病是有一定的治疗效果的，其实刮痧板的选择也是很重要的，那么什么材质...[详细]

  在我们的生活中，有的人像“吃了防腐剂”，一直很年轻。但有的人，一眼就能看出岁月这把“杀猪刀”在他身上留下的点滴伤害。...[详细]

  国家卫生健康委25日召开新闻发布会，介绍冬季呼吸道疾病防治和健康提示有关情况。...[详细]

  我月经第一天血块特别多，第二天也是的，月经第一天血块多怎么调理呢？...[详细]

  食物性味如人之性情，寒热温凉平。相比之下，营养学讲成分。“寒者热之，热者寒之”，体质不同，鼓励进食不同性味的食物。是食物中的什么成分决定食物的性味，目前还不清楚。中药也是一样的，千百年来的经验总结出的，哪些是热性的，哪些是凉性的，目前还搞...[详细]

  最近几天我的月经量一直都不正常，而且有时候推迟了，月经不调的原因是什么？...[详细]

  随着现代社会大气污染日益严重，因此我们大家常常会在生活中看到牛皮癣患者。而这些患者朋友们对于牛皮癣用药后遗症也是很关注的，虽然他们都抱有急切的心态想快速的治愈病情，可牛皮癣的病情比较顽固和反复，所以患者朋友们有这样的疑虑也是非常正常的。因此接...[详细]

  关节病型银屑病又称银屑病性关节炎，比较少见，关节病型银屑病的康复其实是有很多方法的，对于关节病型银屑病的治疗，只要我们及时的发现就能使疾病得到一定效果的控制那么我们第一步就要了解下，关节病型牛皮癣用药有哪些吧。治疗关节炎的药物一般应用较长时间才能...[详细]

  经常见的治疗牛皮癣的方法有很多，中医治疗牛皮癣方法就是个中一种疗效较好的办法，然则，关于牛皮癣的治疗，患者应该获得合理地医治，由于身体免疫功用和对药物的敏感水平各不相同，所以最终选择时慎用之，下面我们就来一起看看治疗男性脓疱型牛皮癣中药有哪些。...[详细]

  新冠指新冠病毒，新冠病毒可能会导致手指甲发紫，但手指甲发紫也可能与甲癣、紫癜等因素相关，患者可遵医嘱采用生活调理、药物治疗等方式对症治疗。...[详细]

  我得了痛风有半年了，我发作时也不那么痛，听别人说很疼，中老年人得了痛风有哪些症状？...[详细]

  我经常月经不调，同时建议我吃益母草颗粒，这种药效果怎么样？...[详细]

  新冠的全称为新冠病毒感染。一般来说，新冠病毒感染患者不建议吃罗红霉素，因为吃了效果不大。...[详细]