细胞如何找到合适的伴侣？

弗莱堡大学的研究人员发现，细胞之间的亲和力可以控制复杂的发育过程

　　

在生物的生长和发育过程中，不同类型的细胞必须相互接触，才能共同形成组织和器官。与弗莱堡大学CIBSS -综合生物信号研究中心的Anne Classen教授博士合作的一个小团队发现，在发育过程中，形式或形态发生的复杂变化完全是由细胞彼此的亲和力驱动的。研究人员检查了果蝇(黑腹果蝇)的卵室，并在工作中结合了遗传方法和数学建模。这项研究发表在科学杂志《Nature Communications》上。

卵室组织过程复杂

该研究的主要作者、克拉森实验室的成员Vanessa Weichselberger博士总结了该团队的工作:“我们想要找出不同类型的细胞如何组织彼此的形态发生，以形成功能单元。卵室是一个很好的例子，因为在它里面，不同的细胞群必须自我组织成功能单位。”卵室是一个未成熟的卵细胞或卵母细胞成熟直到准备好受精的结构。果蝇的卵室看起来像一个小足球。在内部，生长中的卵细胞位于一侧，另一侧是为未成熟卵细胞提供营养的15个护理细胞。为了产生卵子，卵细胞必须成熟，而护理细胞最终被移除。

卵细胞的成熟和护理细胞的去除这两个过程都依赖于外部的上皮细胞层。为此，上皮细胞被分成特定的组，根据它们的功能，这些组必须与护理细胞或卵细胞接触。内外细胞的配对是一个复杂的过程，同时卵腔内的大小关系也在不断变化。Classen说:“到目前为止，我们还不知道能够强有力地控制这种动态过程的机制。”

Eya控制细胞的亲和力

研究人员观察到，专门去除护理细胞的上皮细胞在护理细胞上展开并变平。这就产生了一个与下面的护理细胞特别大的接触区域。Weichselberger解释说:“这可以用两种细胞类型之间增强的亲和力来解释。所以我们假设，内部和外部细胞的匹配是通过吸引和排斥的简单机械过程发生的。”一组特殊的上皮细胞对护理细胞的高度亲和力会导致其余的上皮细胞从护理细胞转移到卵细胞上。研究人员发现，一种名为Eya的蛋白质可以控制基因的活性，影响上皮细胞和护理细胞之间的接触行为。如果研究人员增加上皮细胞中Eya的浓度，这些细胞与护理细胞的接触面面积就会增加。如果他们移走了伊娅，接触面就被最小化了。

细胞亲和力对发育起决定性作用

为了验证他们的假设，发育生物学家使用了数学模型。为了做到这一点，他们与弗莱堡大学数学和物理学院的Patrick Dondl教授博士合作。Dondl建立了数学模型，可以模拟细胞之间不同程度的机械亲和。Weichselberger解释说:“数学模型使我们能够证明，依赖于Eya水平的亲和力变化足以控制匹配细胞类型的复杂过程。这意味着我们可以用Eya作为固定螺丝，从基因上控制伴侣的位置。”

非常灵活和健壮

通过基因改变上皮细胞中的Eya浓度，并在计算机上模拟这些实验，研究人员能够测试上皮细胞和护理细胞之间的Eya调节亲和力是否负责自组织。他们观察到，仅仅通过操纵Eya，他们就可以故意控制哪些上皮细胞在护理细胞上扩散，哪些上皮细胞与卵细胞接触。这表明Eya是通过亲和调节上皮细胞与内部细胞（也就是护理细胞和卵细胞）之间自组织的主要调节因子。

Classen解释说:“作为控制这种复杂发展过程的机制，特异性亲和性实际上已经足够了。在某种程度上，它非常灵活、坚固，并且独立于蛋室的体积。”

男性也有类似的过程

这种机制并不仅仅局限于卵室。雄性果蝇精子细胞的发育也依赖于Eya。在这里，蛋白质Eya也控制着发育中的内部精子细胞和外部上皮细胞之间的亲和力。目前还不清楚这些结果是否也适用于其他动物或人类。但在其他物种的卵发生过程中，类似的结构和发育过程使这看起来是可能的。

 Eya-controlled affinity between cell lineages drives tissue self-organization during Drosophila oogenesis.