在每个细胞内，被称为细胞器的单个结构发挥着关键功能，但这些细胞器如何促进组织和器官的形成尚不清楚。德累斯顿工业大学生命物理学卓越集群 Campàs 团队的新研究表明，细胞核控制着眼睛和脑组织的硬度，甚至控制着其中细胞的有序排列。这些结果为细胞核在组织组织中增加了新的作用，远远超出了其在基因调控中既定的作用。
我们的生活是由相互作用定义的。就像人们彼此交往一样，我们的细胞也不例外。在发育过程中，细胞之间不断的物理相互作用产生了胚胎组织和器官。就像工厂或城市的道路一样，无数的细胞器在细胞内执行任务，使它们正常运作。由于它们被限制在细胞内，人们认为细胞器在胚胎发生过程中并不直接参与器官的形成。直到现在。
众所周知，细胞核负责处理细胞内的信息，基因根据接收到的信号打开或关闭。然而，细胞核也是细胞内最大、最坚硬的细胞器，除了处理信息外，还可能影响组织的物理结构。
奥特格尔·坎帕斯 (Otger Campàs) 是德累斯顿工业大学生命物理卓越集群组织动力学教授兼主席，他也是该集群的常务董事，他对细胞核的物理特性如何在组织形成中发挥作用特别感兴趣。坎帕斯教授在加州大学圣巴巴拉分校任职期间开展了相关工作，在此基础上，他决定研究细胞核在脊椎动物眼睛和大脑形成中的作用。
他解释说：“我们测量了斑马鱼视网膜的组织硬度，发现它取决于细胞核的堆积。这完全出乎意料，因为人们认为组织力学取决于细胞表面的相互作用，而不是细胞内的细胞器。”这是一个新的、未开发的研究途径，对于了解细胞如何协调胚胎发育至关重要。
此前，他的研究小组开展的开创性研究发现了细胞间作用力如何将组织“融化”成流体状态，从而形成胚胎。现在他们发现，细胞核可以紧密堆积，最终使组织变硬。
正如共同第一作者 Sangwoo Kim 所说，“通过扩展主动泡沫模型，我们发现了一种由相对原子核和细胞尺寸控制的固体到流体的转变新模式。”
当作者在实验和理论环境中研究细胞核的相对大小时，他们发现，如果细胞核占据了大部分细胞空间，那么组织硬度将直接受细胞核控制。此外，他们还发现，当细胞核如此紧密地堆积时，它们会将细胞排列成近乎晶体的阵列。
Campàs 表示：“当细胞核开始发生机械相互作用时，组织力学和细胞排序都不再由细胞表面决定，而是由细胞核本身控制。这是一种决定整个组织硬度的细胞器。”他们的研究今天发表在《自然材料》杂志上，挑战了现状，揭示了细胞核在控制组织组织和力学方面发挥的新作用。
为了探索细胞核大小如何影响器官形成，研究人员采用了斑马鱼。这些脊椎动物是探索发育问题的宝贵模型，因为它们在胚胎阶段完全透明，成熟迅速，可以以 3D 形式可视化器官形成。
“因此，我们进行了结构测量和细胞运动量化，重点关注斑马鱼的视网膜和大脑发育，”共同第一作者 Rana Amini 说。
通过这些测量，作者证明了在发育的关键阶段，细胞和细胞核尺寸的变化会“挤”住细胞核，因为它们会被相邻的细胞核紧紧包围。在这个过渡过程中，细胞核整齐地贴合在一起，就像罐子里的咖啡豆一样，这种组织方式可能对眼睛的功能很重要。
在我们的眼睛里，细胞的排列非常有条理，通常呈现出处理视觉线索所必需的晶体顺序。斑马鱼也不例外，细胞的“晶体”顺序似乎是眼睛发育过程中细胞核堵塞的结果。
除了眼睛之外，研究小组还发现脑组织细胞核堵塞，揭示了细胞核在控制多种神经组织结构方面发挥的新作用。这项研究还强调了细胞核水平缺陷可能导致与组织结构受损相关的疾病。有了这一新发现，我们距离了解细胞在胚胎发育过程中如何构建器官又近了一步。
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