在日常生活中，穿衣時(shí)紐扣“走錯(cuò)門(mén)”常常會(huì)惹人發(fā)笑。在發(fā)育中的心臟里，細(xì)胞會(huì)相互穿梭、碰撞，來(lái)找到自己的位置，一旦與錯(cuò)誤的細(xì)胞配對(duì)，可能會(huì)導(dǎo)致心臟跳動(dòng)出現(xiàn)異常等問(wèn)題。

英國(guó)華威大學(xué)的科學(xué)家揭示了心臟細(xì)胞相互匹配的方式，他們對(duì)這些細(xì)胞的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了建模，并預(yù)測(cè)了基因變異如何干擾果蠅心臟的發(fā)育過(guò)程。相關(guān)研究3月13日發(fā)表于《生物物理雜志》。

在人類(lèi)和果蠅中，心臟組織源自胚胎的兩個(gè)不同區(qū)域，這兩個(gè)區(qū)域一開(kāi)始相距較遠(yuǎn)。隨著不斷發(fā)育，細(xì)胞開(kāi)始向彼此移動(dòng)，最終合并成管狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而形成心臟。為了使心臟正確發(fā)育，這些細(xì)胞必須精準(zhǔn)地排列并配對(duì)。

“當(dāng)細(xì)胞聚集在一起時(shí)，它們會(huì)搖擺并進(jìn)行調(diào)整，最終總能與同類(lèi)型的細(xì)胞配對(duì)。”論文通訊作者、英國(guó)華威大學(xué)的Timothy Saunders說(shuō)，這一現(xiàn)象促使研究團(tuán)隊(duì)探索細(xì)胞最初是如何配對(duì)的，以及它們?nèi)绾沃勒业搅撕线m的對(duì)象。

正在發(fā)育的心臟細(xì)胞有類(lèi)似觸手的突起，被稱(chēng)為“絲狀偽足”，它們可以找到和抓住潛在的配對(duì)對(duì)象。Saunders之前的研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)會(huì)產(chǎn)生波浪將不匹配的細(xì)胞“趕走”，以便重新找到合適的“對(duì)象”。

“細(xì)胞的配對(duì)過(guò)程就像‘快速相親’。”Saunders說(shuō)，“它們只有幾秒鐘的時(shí)間來(lái)確定是否是‘良緣’，與此同時(shí)，蛋白質(zhì)分子‘朋友’已經(jīng)準(zhǔn)備好，一旦它們不兼容，就會(huì)把它們拉開(kāi)?！?/p>

研究人員發(fā)現(xiàn)，心臟細(xì)胞會(huì)追求一種盡可能接近靜止?fàn)顟B(tài)的穩(wěn)定性，類(lèi)似于一個(gè)滾動(dòng)的球最終會(huì)停下來(lái)，在物理學(xué)中，這種情況被稱(chēng)為能量平衡。在發(fā)育中的心肌細(xì)胞中，這一原理體現(xiàn)在細(xì)胞會(huì)在連接力與應(yīng)對(duì)應(yīng)變的能力（即黏附能與彈性）之間找到平衡?；谶@一觀(guān)察，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)模型，展示了細(xì)胞如何自我組織。

接下來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)在具有突變和錯(cuò)位心臟細(xì)胞的果蠅上測(cè)試了他們的模型。通過(guò)計(jì)算不同類(lèi)型細(xì)胞之間的黏附能并評(píng)估組織的彈性，該模型預(yù)測(cè)了細(xì)胞將如何配對(duì)和重新排列。

“雖然這種情況很少見(jiàn)，但有時(shí)心臟管會(huì)有一側(cè)只有1個(gè)細(xì)胞（實(shí)際應(yīng)該有2個(gè)），或者在該有4個(gè)細(xì)胞的時(shí)候有2個(gè)?！盨aunders說(shuō)，“我們可以在模型中輸入這些缺陷，然后運(yùn)行?！痹撃Ｐ偷漠a(chǎn)出結(jié)果與在真實(shí)胚胎中觀(guān)察到的情況非常相似。

研究團(tuán)隊(duì)指出，該模型不僅加深了我們對(duì)心臟發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞如何匹配和對(duì)齊的理解，還具有更廣泛的應(yīng)用價(jià)值。類(lèi)似的細(xì)胞匹配過(guò)程在神經(jīng)元連接、傷口修復(fù)和面部發(fā)育中至關(guān)重要，這些過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題，可能導(dǎo)致唇裂等疾病的發(fā)生。

“本質(zhì)上，我們正在為生物過(guò)程賦予數(shù)值，以解釋我們所觀(guān)察到的現(xiàn)象?！盨aunders補(bǔ)充道。

相關(guān)論文信息：http://doi.org/10.1016/j.bpj.2025.02.011

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)