Nature Cell Biology：跨区机械力协调细胞形状和命运转变，生成组织结构

组织结构与其功能密切相关。在功能器官的形成过程中，组织的大规模变化会影响细胞的形状、位置、堆积和收缩状态。反之，单细胞收缩力、形状和位置的变化也会局部改变组织组织和力学。且这些组织和细胞尺度的变化需要在空间和时间上与特化细胞状态的获得紧密协调，而这一机制目前尚不清楚。哺乳动物的毛囊发育是了解这些过程耦合的绝佳范例。毛囊发育始于上皮内陷的形成--即胎座，与指定的毛囊干细胞群的出现相吻合。但如何指导上皮变形、细胞状态转换和胎盘的物理区隔有待进一步研究。

近段时间，来自德国明斯特马克斯-普朗克分子生物医学研究所细胞与组织动力学部的Clémentine Villeneuve教授及团队通过以小鼠毛囊胎盘为范例，构建并从遗传学角度验证了上皮片转化为胎盘芽的生物力学模型，利用全胚胎活体成像、机械测量、遗传操作和三维顶点建模，旨在确定在哺乳动物器官发生过程中，跨细胞区的组织和细胞尺度协调力的关键作用。

结果显示，上皮细胞中极化的肌球蛋白活动与成纤维细胞的收缩活动共同产生振荡收缩，从而产生局部机械限制的组织增厚，通过局部 ECM 重塑释放压力，促进组织流动，由于持续的振荡收缩，产生塑性变形和组织向下出芽，对实验封闭的上皮细胞系进行的体外研究发现，压力、生长控制和屈曲之间存在类似的相互作用，表明该实验所述机制可能适用于其他上皮器官的发育过程。此外，限制对干细胞分化的影响与之前通过改变染色质组织将张力与细胞命运进展联系起来的研究结果一致。

测试胎盘出芽是否与基底膜软化有关

总之，该研究成纤维细胞在产生力和通过重塑 ECM 调整压力方面的独特作用，再现了癌症进展过程中在癌症相关成纤维细胞和肿瘤细胞之间观察到的特征，表明了研究中发现的机制以及所开发的建模方法可能与各种生物过程具有广泛的相关性，强调了跨区的机械串扰对于传播对称性破坏和组织模式的出现至关重要。

参考文献：

Villeneuve C, Hashmi A, et. Mechanical forces across compartments coordinate cell shape and fate transitions to generate tissue architecture. Nat Cell Biol. 2024 Feb;26(2):207-218. doi: 10.1038/s41556-023-01332-4. Epub 2024 Feb 1. PMID: 38302719; PMCID: PMC10866703.