发育中的心脏细胞通过“速配”来寻找合适的伴侣

　　

在发育中的心脏中，细胞必须找到完美的匹配对象，这就像一场微观的“快速约会”游戏。

利用丝状伪足——一种微小的触手状结构——它们探测周围环境并附着在潜在的伙伴上。如果匹配失败，蛋白质会介入将它们分开，确保精准对齐。研究人员在果蝇中模拟了这一过程，揭示了引导细胞组织的粘附能量和弹性的微妙平衡。

发育中心脏细胞如何找到完美匹配对象
在发育中的心脏中，细胞不断移动，相互碰撞，寻找正确的位置。风险很高——与错误的细胞配对可能导致心脏正常跳动与功能失调之间的差异。今天（3月12日）发表在《Biophysical Journal》上的一项研究探讨了这一复杂的“配对”过程。研究人员创建了一个模型，追踪心脏细胞的运动和相互作用，帮助预测基因变异如何破坏果蝇的心脏发育。

在人类和果蝇中，心脏组织都源自胚胎中的两个独立区域，最初相距较远。随着发育的进行，这些细胞相互迁移，并最终合并成一个管状结构，形成心脏。要使这一过程成功，细胞必须精准对齐并正确配对。

细胞寻找合适伴侣的舞蹈
“当细胞聚集在一起时，它们会晃动并调整，最终总是与相同类型的细胞配对。”来自华威大学的首席作者Timothy Saunders说。这一观察结果激发了团队探索细胞最初如何匹配以及它们如何知道自己找到了合适的匹配对象。

发育中的心脏细胞利用一种称为丝状伪足的细长触手状结构来探索周围环境并附着在潜在的伙伴上。Saunders之前的研究所发现，蛋白质会产生波浪，将不匹配的细胞推开，使它们有机会再次找到正确的匹配对象。

“这基本上就像细胞在‘快速约会’。”Saunders说。“它们只有几分钟的时间来判断是否匹配，如果它们不兼容，分子‘朋友’会将它们分开。”

稳定性科学：细胞如何安顿下来
研究人员发现，心脏细胞会寻找最接近静止状态的稳定性——就像一个滚动的球最终停下来，这在物理学中被称为能量平衡。在发育中的心脏细胞中，这一原理适用于细胞找到连接力和适应拉伸能力之间的平衡——也就是粘附能量和弹性。基于这一观察，团队开发了一个模型，展示了细胞如何自我组织。

接下来，团队在具有突变和错位的果蝇心脏上测试了他们的模型。通过计算不同细胞类型之间的粘附能量并评估组织弹性，模型预测了细胞将如何匹配和重新排列。

“虽然罕见，但有时心管的一侧会只有一个细胞，而应该有两个，或者有四个细胞时却只有两个。”Saunders说。“我们可以将这些缺陷输入模型并运行它。”模型产生的结果与实际胚胎中观察到的情况非常接近。

超越心脏：为什么这项研究很重要
团队指出，他们的模型不仅增强了我们对细胞在心脏发育过程中如何匹配和对齐的理解，还具有更广泛的应用。类似的细胞匹配过程在神经连接、伤口修复和面部发育中至关重要，其中的失误可能导致唇腭裂等疾病。

“本质上，我们正在为生物学过程添加数字，以解释我们所观察到的现象。”Saunders补充道。