组织液的流动性在细胞分选过程中实现了多细胞模式形成速度与精确度之间的权衡

《Biophysical Journal》：Tissue Fluidity Mediates a Trade-off Between the Speed and Accuracy of Multicellular Patterning by Cell Sorting

细胞组织流体性通过调节黏附蛋白差异驱动的细胞排序机制影响分选速率和精度，构建的物理模型能定量再现体外实验数据。研究发现细胞运动性与黏附性存在动态平衡，且可能通过强度协同调控维持分型所需的流体性环境。

　　

摘要：

细胞按照特定空间模式排列是多细胞生物的基本特征之一。组织结构形成的一个关键机制是基于细胞黏附的细胞分选过程，即不同类型的细胞会根据其黏附蛋白表达的差异自发地分离成不同的区域。在本研究中，我们将组织的流动性（即细胞在组织内部自由移动的能力）确定为这种基于黏附的分选过程的关键调节因素。首先，我们构建了一个物理模型，该模型能够同时模拟组织的流动性和基于黏附的细胞分选现象，并证明该模型能够定量再现实验中观察到的成纤维细胞培养过程中的分选动态。进一步研究表明，通过改变模型中的任何因素来影响组织的流动性，都会显著影响分选的速度或准确性（或两者兼有）。我们还发现，细胞运动性（使组织保持流动性）与同型细胞间的黏附作用（使组织趋于固化）之间的平衡会精确调节分选的速度与准确性之间的权衡关系——只有当这两种作用紧密耦合时，分选才能顺利进行。有趣的是，通过对不同黏附蛋白表达条件下的实验数据进行模拟分析，我们发现细胞可能会根据自身的黏附强度自然调节其运动能力，从而维持适合分选发生的流动状态。总体而言，我们的结果表明，组织流动性必须受到严格调控才能实现有效的细胞分选；同时，细胞可能进化出了某种机制来共同调节自身的机械特性，以维持有利于分选发生的流动环境。