同一天发表！Science背靠背：揭示胚胎如何实现左右轴取向！
时间：2023-01-10 18:01:52 热度：37.1℃ 作者：网络
在大多数脊椎动物中，双侧对称的打破严重依赖于胚胎左右组织器(left-right organizer，LRO)的运动纤毛，它产生定向流体流动。然而，目前还不清楚这种流动是如何被感知的。
2023年1月5日，美国马萨诸塞州总医院和哈佛大学医学院SHIAULOU YUAN研究组在Science 杂志在线发表题为“Cilia function as calcium-mediated mechanosensors that instruct left-right asymmetry”的研究论文，该研究展示了不动的LRO纤毛是剪切力的机械传感器。机械操作不动的LRO纤毛激活需要阳离子通道多囊素-2的钙瞬态。此外，施加在LRO纤毛上的机械力足以挽救和逆转缺乏活动纤毛的斑马鱼的心脏位置。
总之，这项研究表明LRO纤毛是机械敏感的细胞杠杆，将生物力学力转换为钙信号，指导左右不对称。
另外，2023年1月5日，日本生物系统动力学研究中心Hiroshi Hamada团队在Science 杂志在线发表题为“Immotile cilia mechanically sense the direction of fluid flow for left-right determination”的研究论文，该研究展示了不动的纤毛在响应流动时沿背腹轴发生不对称变形。光镊对不动纤毛的机械刺激可诱导靶细胞中钙离子瞬变和Dand5信使RNA (mRNA)的降解。Pkd2通道蛋白优先定位于不动纤毛的背侧，钙离子瞬变优先由指向腹侧的机械刺激诱导。总之，这项结果揭示了静止纤毛感知流体流动方向的生物物理机制。
在人类、啮齿动物、两栖动物和鱼类胚胎中，左右(left-right, LR)不对称在左右组织者(LRO)被纤毛所阻止，纤毛产生并将细胞外液定向流动转化为不对称的节点信号和器官侧向性。然而，纤毛感知LRO流动的机制尚不清楚，导致两种主要假设:纤毛是流动所携带的形态因子的化学传感器或流动所施加的力的机械传感器。之前的工作将不对称钙信号与LRO流动和LR发育联系起来。然而，由于机械力或化学线索在体内传递给LRO纤毛的技术不足，无法确定纤毛的机械感觉或化学感觉是否介导了这些不对称的钙信号。
该研究开发并部署了一种体内方法，将精确的、局部的机械力应用到斑马鱼的LRO纤毛上。通过利用光学工具箱耦合光学镊子、光片显微镜和深度学习分析来偏转纤毛，并测量斑马鱼LRO中的纤毛内钙信号。将这些工具与纵向分析相结合，发现纤毛是钙介导的机械传感器，对LR的发展是必要的、充分的和有指导意义的。
纤毛机械感觉是LR不对称的决定性因素（图源自Science ）
总的来说，该研究强调了有纤毛LRO的脊椎动物在LR发育过程中纤毛机械传导的进化保守机制。先前在小鼠和斑马鱼中研究的有趣发现指出，缓慢、局部的LRO流动电流足以形成正常的LR模式，这表明后期快速、协调的LRO流动对于不对称性的启动不是必要的。
此外，这项研究表明在LRO中对单个纤毛进行长时间的机械刺激可以确定分子和心脏的不对称性，从而解决先前的差异。这些发现表明纤毛机械感应在发育和疾病中是一种基本而有效的细胞信号机制，因为单个纤毛细胞足以产生脊椎动物的手性不对称。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq7317
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq8148
