上皮层形态发生过程中远程机械力传导的分子作用机制

Tissue morphogenesis involves collective cell behavior that is controlled and coordinated at the scale of the tissue to ensure the successful formation of tissues or organs at particular space-time. But how is this coordinated cell responses regulated? Is it possible that an organizing center exists to coordinate the whole tissue morphogenesis？Our recent findings showed that polar cells (PC) in the Drosophila ovary could regulate the morphogenesis of epithelial follicle cells (FC), and it is very likely through the PC-generated mechanical force. Therefore, according to our preliminary results we proposed: In the Drosophila oogenesis, PC function as an organizing center. Through the mechanical force generated by intracellular Myo-II oscillation, PC undergo shape change and transmit force to FC. Such transduction of mechanical force patterns the polarized distribution of Ecadherin and actomyosin through PCP signaling pathway and finally synchronizes FC morphogenesis. To validate this hypothesis, we will combine cellular, developmental and genetic approaches as well as optogenetic technique and live imaging to clarify the functions and regulated mechanisms of PC in the morphogenesis of FC. This study will improve our understanding of the role of mechanical force transduction during epithelial morphogenesis during development.

组织形态发生中大范围的细胞变化如迁移、形变，必须是协同的，以保证在特定的时空下，组织或器官可正常形成。细胞这种协同行为是如何被调控的？有没有一个调控中心存在来协调整个组织的形态发生目前仍不清楚。我们最近的研究发现，果蝇卵巢中极细胞（PC）可调控其周围滤泡细胞（FC）层的形态发生，且此调控很可能依赖于PC产生的机械力。我们根据前期结果提出假设：果蝇卵子发生中，PC可作为调控中心，通过内部Myo-II的震荡产生机械力，这种机械力不仅改变其自身形态，同时也可传递至FC，并通过PCP信号通路协调Ecadherin，actomyosin的极性分布，从而协调FC有序地进行形态发生。为了验证该假说，我们将利用细胞生物学，发育生物学，遗传学，并借助光遗传学，活体影像等技术阐明PC对FC形态发生的作用及调控机制。本研究的顺利开展，将有助于我们更好地理解上皮层形态发生过程中机械力传导的生物意义。

正常的组织或器官发育过程需要协调的集体细胞迁移或形态发生，从而保证在特定的时间和空间下相应的组织和器官可以正常形成。这种大范围的，协调的组织形态发生是如何调控的？有没有可能存在一个调控中心来协调整个组织的形变？目前都很不清楚，尤其是在复杂的体内环境下。为了探究这一重要问题，我们利用果蝇卵巢中的卵室作为研究模型，探索卵室发育过程中，极细胞对滤泡细胞层形态发生的调控机制。我们发现极细胞可作为调控中心，通过其内部Myosin II的震荡产生机械力，这种机械力不仅改变极细胞自身的形态，同时还可以影响周围组织。破坏极细胞中的Myosin II会导致9期卵室滤泡细胞层迁移受阻。这种迁移受阻可能源于滤泡细胞顶端Myosin II分布异常及其引发的细胞形变异常。有意思的是，我们发现滤泡细胞顶端Myosin II的分布受力调控，外界压力过高会导致Myosin II异常分布于细胞四周，从而阻碍细胞有效收缩，而这种外界压力可以来源于紧邻的哺育细胞的生长膨胀。最后，我们发现极细胞很可能是通过调控早期环管大小来协调滤泡细胞层迁移。在早期卵室中，极细胞通过机械力调控哺育细胞表面Myosin II流的强度，从而影响环管的大小及哺育细胞的体积，并最终协调卵室表面滤泡细胞层的迁移。因此，我们的工作解析了外源很小的细胞或组织是如何借助机械力调控周围大范围组织的形态发生过程。