调节胚胎发育的光遗传技术

现在，德国海德堡欧洲分子生物学实验室（EMBL）的研究人员，确定了一组特殊的细胞，对于第一次的胚胎折叠来说至关重要。他们还首次发现，细胞排列的形状决定了它们收缩的方向。相关研究结果发表在11月19日的《Developmental Cell》。

　　

生物通报道：胚胎最初是一个空心壳体。为了使这个空心的壳体形成具有层层内脏、肌肉和皮肤的生物体，胚胎“壳”的一部分会向内折叠。

同样的事情也发生在果蝇胚胎中，现在，德国海德堡欧洲分子生物学实验室（EMBL）的研究人员，已经确定了一组特殊的细胞，对于第一次这样的折叠来说至关重要。他们还首次发现，细胞排列的形状决定了它们收缩的方向。相关研究结果发表在11月19日的《Developmental Cell》，科学家利用激光作为远程控制，通过这种新技术获得了这些结果。延伸阅读：光遗传学突破：用光提高记忆力。

当果蝇胚胎大约4小时大的时候，在其底部的细胞开始收缩，使组织向内折叠，形成所谓的腹沟。在每一个细胞内，一个肌动蛋白纤维网络，将膜向内拉，从而使它从一个大致圆形的形状，成为一个越来越薄的长方形，随着收缩它把其邻近的细胞拉进胚胎。

EMBL的科学家开发了一种新的技术，他们用激光去除肌动蛋白纤维的固定点，从而防止细胞收缩。通过将这些技术应用于胚胎的不同部位，他们能够精确定位出一组细胞，它们必须收缩才能形成腹沟。同样的方法使他们能够勾勒出胚胎中的一个区域，并防止这个区域外的细胞收缩。通过改变“收缩”区域的形状，他们发现，如果这些细胞被排列成长方形时，才会像它们在正常胚胎中那样收缩。这意味着，从圆矩形形状到长方形形状的“挤压”，并不是由一些内部程序指导的，而是取决于组织的整体形状。

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这种新的方法，克服了目前科学家们研究发育所面临的一个主要挑战：使他们能够立即看到效果。相比之下，目前标准的方法，依赖于打开或关闭基因，在该操作的效果看到之前，需要几个小时，甚至几天的时间。

带领这项研究的Stefano De Renzis指出：“到目前为止我们可用的方法，有点像事后到达车祸现场：你知道某一时刻什么事情出了错，但是你不知道什么时候发生的，所以你说不出究竟是什么引发了事故。我们新的光遗传学方法更像是一种远程控制：你打开激光，并在几秒钟内看到效果。”

接下来，De Renzis计划使用这种新方法，来研究发育中的果蝇胚胎细胞如何相互沟通。

该技术已经引起了相当大的兴趣。EMBL科学家已经收到同事的请求，打算在小鼠中进行干细胞和神经管发育的研究，以及其他研究，探究果蝇发育、细胞之间的相互作用等等。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
An Optogenetic Method to Modulate Cell Contractility during Tissue Morphogenesis
Summary: Morphogenesis of multicellular organisms is driven by localized cell shape changes. How, and to what extent, changes in behavior in single cells or groups of cells influence neighboring cells and large-scale tissue remodeling remains an open question. Indeed, our understanding of multicellular dynamics is limited by the lack of methods allowing the modulation of cell behavior with high spatiotemporal precision. Here, we developed an optogenetic approach to achieve local modulation of cell contractility and used it to control morphogenetic movements during Drosophila embryogenesis. We show that local inhibition of apical constriction is sufficient to cause a global arrest of mesoderm invagination. By varying the spatial pattern of inhibition during invagination, we further demonstrate that coordinated contractile behavior responds to local tissue geometrical constraints. Together, these results show the efficacy of this optogenetic approach to dissect the interplay between cell-cell interaction, force transmission, and tissue geometry during complex morphogenetic processes.