01?論文背景

在胚胎發(fā)育過程中，組織的集體運動（如神經(jīng)管閉合）受到機械和分子信號通路的調(diào)控。細胞可通過細胞間和細胞-基質(zhì)黏附復(fù)合體感知機械環(huán)境信號，并將其轉(zhuǎn)化為調(diào)控基因表達和蛋白動力學(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、感知和細胞間傳遞的分子機制仍不清楚。平面細胞極性（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如何感知機械力并將其轉(zhuǎn)化為生化信號仍是一個未解之謎。

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)進行活細胞、胚胎的長時程成像，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)生過程中感知機械線索的作用機制。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

02 論文重點簡述

為了研究 ADIP 在機械感應(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 斑點主要集中在靠近收縮細胞的細胞角連接處附近，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 定位是由機械力控制的。

圖1. 表達 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胞注射Shroom 3 / Plekhg 5頂端收縮誘導(dǎo)劑，基于BC43的實時成像發(fā)現(xiàn)，ADIP 斑點在頂面附近的出現(xiàn)及其向這些細胞邊界的移動（如動圖1），這種動態(tài)研究清晰地揭示出ADIP斑點的定向轉(zhuǎn)運是由頂端收縮本身觸發(fā)的。

動圖1. ADIP極化響應(yīng)于鄰近細胞的頂端收縮

進一步，在流體靜壓驅(qū)動的抽吸模型中，ADIP的極化響應(yīng)于胚胎的拉伸。而且在易于實驗操作胚胎傷口愈合模型中，基于BC43同樣觀察到了ADIP在傷口周圍的強烈極化，延時成像也動態(tài)揭示了ADIP斑點的定向運動或傷口近端細胞角附近ADIP斑點的出現(xiàn)（動圖2）。這些結(jié)果表明ADIP 極化可能是通過 ADIP 斑點向最接近傷口的細胞角定向轉(zhuǎn)運實現(xiàn)的

動圖2. ADIP極化響應(yīng)于鄰近細胞的頂端收縮

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)實現(xiàn)了對細胞和胚胎進行了一系列的長時程、3D高速及多通道熒光成像。該系統(tǒng)憑借其先進的轉(zhuǎn)盤設(shè)計以及高靈敏度和高速成像的優(yōu)勢，可顯著降低活細胞在長時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胞感知機械線索的過程中，系統(tǒng)地獲得高信噪比的動態(tài)追蹤數(shù)據(jù)，從而為揭示機械信號感知和細胞極化的分子機制提供了強有力的支持。

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