01?論文背景

在胚胎發(fā)育過程中，組織的集體運(yùn)動(dòng)（如神經(jīng)管閉合）受到機(jī)械和分子信號通路的調(diào)控。細(xì)胞可通過細(xì)胞間和細(xì)胞-基質(zhì)黏附復(fù)合體感知機(jī)械環(huán)境信號，并將其轉(zhuǎn)化為調(diào)控基因表達(dá)和蛋白動(dòng)力學(xué)的生化信號。盡管已知許多蛋白質(zhì)的定位和信號傳導(dǎo)受物理力影響，但力的產(chǎn)生、感知和細(xì)胞間傳遞的分子機(jī)制仍不清楚。平面細(xì)胞極性（PCP）信號通路可能在形態(tài)發(fā)生過程中調(diào)節(jié)長距離力的傳遞，但PCP如何感知機(jī)械力并將其轉(zhuǎn)化為生化信號仍是一個(gè)未解之謎。

2025年6月24日，西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院的Sergei Y. Sokol教授組在Current Biology上發(fā)表了題為“Mechanical cues polarize ADIP protein complexes to control vertebrate morphogenesis and wound healing“的研究論文。該研究基于牛津儀器ANDOR的BC43桌面式轉(zhuǎn)盤共聚焦成像系統(tǒng)進(jìn)行活細(xì)胞、胚胎的長時(shí)程成像，深度剖析了afadin-和α-actinin相互作用蛋白（ADIP）與PCP蛋白Diversin之間的動(dòng)態(tài)相互作用，并揭示出ADIP-Diversin蛋白復(fù)合物在傷口愈合和胚胎形態(tài)發(fā)生過程中感知機(jī)械線索的作用機(jī)制。

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02 論文重點(diǎn)簡述

為了研究 ADIP 在機(jī)械感應(yīng)中的參與，作者基于牛津儀器ANDOR BC43桌面式轉(zhuǎn)盤共聚焦成像系統(tǒng)首先可視化了ADIP 在非洲爪蟾胚胎外胚層中的分布（如圖1）。研究表明，ADIP 斑點(diǎn)主要集中在靠近收縮細(xì)胞的細(xì)胞角連接處附近，并且其極性對肌球蛋白II抑制敏感，這啟發(fā)了作者假設(shè)ADIP 定位是由機(jī)械力控制的。

圖1. 表達(dá) GFP-ADIP 和 myr-BFP 的 16 期前神經(jīng)板的俯視共聚焦圖像。箭頭處可見ADIP的富集

為評估ADIP 的力感特性，作者通過向外胚層細(xì)胞注射Shroom 3 / Plekhg 5頂端收縮誘導(dǎo)劑，基于BC43的實(shí)時(shí)成像發(fā)現(xiàn)，ADIP 斑點(diǎn)在頂面附近的出現(xiàn)及其向這些細(xì)胞邊界的移動(dòng)（如動(dòng)圖1），這種動(dòng)態(tài)研究清晰地揭示出ADIP斑點(diǎn)的定向轉(zhuǎn)運(yùn)是由頂端收縮本身觸發(fā)的。

動(dòng)圖1. ADIP極化響應(yīng)于鄰近細(xì)胞的頂端收縮

進(jìn)一步，在流體靜壓驅(qū)動(dòng)的抽吸模型中，ADIP的極化響應(yīng)于胚胎的拉伸。而且在易于實(shí)驗(yàn)操作胚胎傷口愈合模型中，基于BC43同樣觀察到了ADIP在傷口周圍的強(qiáng)烈極化，延時(shí)成像也動(dòng)態(tài)揭示了ADIP斑點(diǎn)的定向運(yùn)動(dòng)或傷口近端細(xì)胞角附近ADIP斑點(diǎn)的出現(xiàn)（動(dòng)圖2）。這些結(jié)果表明ADIP 極化可能是通過 ADIP 斑點(diǎn)向最接近傷口的細(xì)胞角定向轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)現(xiàn)的

動(dòng)圖2. ADIP極化響應(yīng)于鄰近細(xì)胞的頂端收縮

為理解ADIP 在傷口愈合中的意義，作者通過敲低ADIP發(fā)現(xiàn)在ADIP傷口閉合期間在粘附連接的組裝或維持中起作用，并在功能上與 Vangl 2 相互作用。更重要的是，對Diversin/Ankrd 6 的分布的評估顯示，與 ADIP 一樣，Diversin 在原腸胚外胚層中靠近傷口邊緣的細(xì)胞角處富集（圖2）。而且，結(jié)合Diversin 耗盡的胚胎中的傷口愈合研究，發(fā)現(xiàn)Diversin是ADIP極化所必需的。

圖2. 未受傷（A）或受傷后30分鐘（B）的第 11 階段外胚層中 Diversin 的定位，以及顯示 Diversin 相對于傷口的方向的Rose圖（C）

03 BC43桌面式轉(zhuǎn)盤共聚焦成像系統(tǒng)

在此研究中，作者基于牛津儀器ANDOR的BC43桌面式轉(zhuǎn)盤共聚焦成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對細(xì)胞和胚胎進(jìn)行了一系列的長時(shí)程、3D高速及多通道熒光成像。該系統(tǒng)憑借其先進(jìn)的轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)以及高靈敏度和高速成像的優(yōu)勢，可顯著降低活細(xì)胞在長時(shí)間成像過程中面臨的光毒性與光漂白問題。這使得研究人員能夠在細(xì)胞感知機(jī)械線索的過程中，系統(tǒng)地獲得高信噪比的動(dòng)態(tài)追蹤數(shù)據(jù)，從而為揭示機(jī)械信號感知和細(xì)胞極化的分子機(jī)制提供了強(qiáng)有力的支持。

Chu et al., Mechanical cues polarize ADIP protein complexes to control vertebrate morphogenesis and wound healing, Current Biology, 2025, 35, 1-12.