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當(dāng)前位置:東地(北京)科技有限公司>>技術(shù)文章>>Nature:集體細(xì)胞行為的力學(xué)生物學(xué)
在體內(nèi)的許多生物學(xué)情況下,包括形態(tài)發(fā)生過程中的組織成形、組織修復(fù)和癌癥侵襲,細(xì)胞不是作為單個個體移動,而是作為一個集體移動。
支持集體動力學(xué)的兩個主要機制:極化集體細(xì)胞遷移和涉及多細(xì)胞肌動球蛋白結(jié)構(gòu)的細(xì)胞群的協(xié)調(diào)收縮過程。
利用微型設(shè)備的體外傷口愈合試驗已成為研究集體細(xì)胞行為的模型。這種體外方法是實現(xiàn)從分子到多細(xì)胞水平的多尺度分析的最重要的方法。
與單個細(xì)胞相比,集體細(xì)胞遷移不僅依賴于與細(xì)胞外基質(zhì)的相互作用,還依賴于與鄰近細(xì)胞的相互作用。
協(xié)調(diào)運動強烈依賴于通過基于機械敏感性鈣粘蛋白的粘附的細(xì)胞間相互作用。
細(xì)胞協(xié)調(diào)是一種機械調(diào)節(jié)的多尺度過程,整合了分子、細(xì)胞和多細(xì)胞尺度的事件,它發(fā)生的時間尺度范圍很廣,從毫秒到幾分鐘到幾天。
細(xì)胞集體行為的重要性:在發(fā)育、癌癥進(jìn)展和組織重塑等生物過程中,細(xì)胞集體行為依賴于細(xì)胞間的相互作用以及細(xì)胞與周圍細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的相互作用。
Figure 1 | Cell movements from single to collective dynamics
集體遷移和細(xì)胞重組:集體遷移(如爬行)在發(fā)育過程中至關(guān)重要,例如在果蠅和斑馬魚中的遷移。集體細(xì)胞重組由整個上皮層的協(xié)調(diào)收縮過程驅(qū)動,對組織塑形同樣重要。
細(xì)胞間的力學(xué)耦合:細(xì)胞通過細(xì)胞-基質(zhì)和細(xì)胞-細(xì)胞粘附點的力學(xué)耦合來傳遞力量。這些機制由細(xì)胞-基質(zhì)界面和細(xì)胞-細(xì)胞連接處的力學(xué)敏感粘附復(fù)合物調(diào)控。
細(xì)胞環(huán)境的物理屬性:細(xì)胞環(huán)境的物理屬性,如基質(zhì)剛度、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、幾何形狀和外部力量的應(yīng)用,可以改變集體細(xì)胞行為、組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞產(chǎn)生的力量。
體外模型和物理模型:文章討論了體外模型在多尺度分析(從分子到多細(xì)胞水平)中的作用,以及各種物理模型在理解集體細(xì)胞行為中的重要性。
細(xì)胞運動的機制:包括極化集體細(xì)胞遷移和肌動蛋白電纜的協(xié)調(diào)收縮性。
細(xì)胞-細(xì)胞相互作用的角色:細(xì)胞間的協(xié)調(diào)運動依賴于通過細(xì)胞-細(xì)胞連接的相互作用。
集體細(xì)胞行為中的力量特征:包括細(xì)胞對ECM施加的力量以及在細(xì)胞間接觸點施加的力量。
細(xì)胞耦合的機制:涉及細(xì)胞骨架、細(xì)胞-ECM和細(xì)胞間粘附的分子組件,它們在提供運動所需的力量和細(xì)胞間機械耦合中發(fā)揮作用。
物理限制的影響:文章還討論了體外研究中控制環(huán)境對集體細(xì)胞動態(tài)的影響,包括外部力量、限制條件、ECM的物理屬性和ECM重塑。
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