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在器官发育中，假复层上皮（PSE）的核堆积对组织形态发生的影响尚不明确。研究人员以斑马鱼视网膜为对象，发现核堆积密度随发育增加，及时神经发生很关键。这有助于理解器官形态发生机制，为相关研究提供重要依据。
在生命的奇妙旅程中，器官的发育宛如一场精心编排的舞蹈，细胞的增殖、分化和迁移等过程必须精确配合，才能构建出功能完备的器官。假复层上皮（PSE）作为众多器官的前体，广泛存在于生物体的发育进程中。它由单层沿顶 - 基底轴拉长的细胞组成，细胞核在细胞周期的大部分时间里占据着沿顶 - 基底轴的不同位置。随着发育的推进，PSE 中的细胞核越来越密集，然而，这种密集的核堆积对组织形态发生的具体影响却如同迷雾，尚未被完全揭开。此前的研究大多聚焦于 PSE 中细胞形状变化和核运动对发育的影响，却较少关注核堆积这一关键特征及其潜在作用。为了驱散这片迷雾，来自国外的研究人员踏上了探索之旅，他们聚焦于斑马鱼的视网膜，深入研究核堆积在视网膜形态发生中的奥秘。最终，他们的研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为我们理解器官发育机制带来了新的曙光。
研究人员开展的这项研究主要运用了以下几种关键技术方法：首先是 3D 实例分割技术，通过对斑马鱼视网膜神经上皮（RNE）中细胞核进行精确的 3D 实例分割，能够准确地分析细胞核的形状、大小和排列情况；其次是基于深度学习的 StarDist - 3D 模型，利用该模型对不同发育阶段的视网膜进行分析，有效提取了核形状和大小变化等关键特征；此外，还运用了统计分析方法，对实验数据进行严谨的分析，从而得出可靠的结论 。
下面让我们详细了解一下研究的具体结果：
- Instance 3D segmentation of nuclei in the zebrafish RNE：研究人员利用 tg (hsp70:H2B - RFP) 斑马鱼转基因系标记细胞核，通过手动注释训练 StarDist - 3D 模型，实现对斑马鱼 RNE 中细胞核的 3D 实例分割，并建立了图像分析流程来提取核形状描述符，探索核在 RNE 中的排列。
- Nuclear packing in the retinal PSE reaches theoretical close packing densities over development, while nuclei keep an ellipsoidal shape：在视网膜 PSE 发育过程中，核体积在 24 - 42hpf 逐渐减小，核浓度和核体积分数在 30 - 48hpf 逐渐增加，到 48hpf 时核体积分数接近理论极限，且大多数核保持椭球形，核形状和大小变化与核堆积及神经元分层有关。同时，更细长的核倾向于接触更多邻居，核在神经元分层开始时接近极限随机密堆积（RCP）密度。
- Nuclei are arranged in a nematic - like order in the proliferative phase：在增殖阶段，核体积分数和接触数增加，但核在组织内呈位置无序状态，类似液体。不过，由于核的各向异性形态和神经上皮细胞的拉长，核在位置无序的同时呈现出取向有序，类似于液晶中的向列相，即双轴向列有序。
- Nematic - like order is a hallmark of pseudostratification also at looser packing regimes：研究人员对斑马鱼发育中的后脑进行同样的 3D 分析，发现后脑 PSE 的核体积分数和核浓度在神经元分层前未增加，核更接近球形，但核仍呈向列有序排列，这表明向列有序排列在不同 PSE 中是保守的。
- Neurogenesis coincides with nuclear shape remodeling and leads to aligned crystal - like arrangements within the laminating retina：在视网膜神经元分层过程中，不同神经元层的核形状和大小发生变化，如视网膜神经节细胞层（RGL）和内核层（INL）的核更接近球形，外核层（ONL）的核呈细长杆状。同时，核堆积达到理论极限密度，排列从向列相转变为更有序的晶体状排列，且核在各层仍保持沿径向轴的强取向排列。
- Modelled material properties of the developing RNE switch between a cellular - dominated and nuclear - dominated states, affecting tissue shape：通过建立模型，研究人员发现神经元分层能防止视网膜 PSE 过早进入核主导的机械状态，避免组织屈曲失稳，促进从位置无序到有序的转变，维持 RNE 处于细胞主导的内部状态，从而保证视杯的正确生长和缩放。
- Blocking neurogenesis interferes with nuclear shape and size changes and leads to buckling of the retinal PSE：研究人员利用 HDAC1 morpholino 敲低（KD）方法延迟神经元分层，发现 HDAC1 morphants 的视网膜 PSE 出现屈曲，核形状和大小变化异常，无法达到正常的核堆积密度，这表明及时的神经发生对维持组织正常形态至关重要。
在讨论部分，研究人员指出，他们通过深度学习方法实现了对视网膜和后脑神经上皮中核堆积的准确 3D 分析，揭示了核堆积从向列相到晶体状排列的转变过程及其对形态发生的影响。核的向列有序排列可能是假复层上皮的一个优势特征，有助于核在高堆积密度下沿顶 - 基底轴运动，维持组织的流动性。同时，神经元分层过程中核形状和排列的变化对视网膜的透明度和光传播具有重要意义。此外，研究还发现，当神经发生受阻时，视网膜 PSE 会出现严重的组织变形，这进一步强调了及时神经发生对维持组织正常形态的关键作用。
总的来说，这项研究为我们深入理解器官发育过程中核堆积与组织形态发生的关系提供了重要线索，揭示了假复层上皮中核排列的规律及其在发育中的作用机制。未来，研究人员可以进一步比较不同物种神经上皮中核堆积的差异，探索机械反馈和不稳定性对组织形状的影响，这将有助于我们更全面地了解神经发育的调控机制，为相关疾病的研究和治疗提供新的思路和方向。
