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在发育生物学领域，平面极性（Planar polarity）的建立机制一直是研究热点。为探究机械组织应力对果蝇翅膀平面极性的影响，研究人员以果蝇蛹翅为对象，发现组织应力促进近端 - 远端（PD）平面极性排列，且细胞流梯度在其中起关键作用。该研究为理解组织发育提供新视角。
在生物发育的奇妙世界里，上皮组织的平面极性建立一直是个神秘的谜题。想象一下，上皮细胞如同训练有素的士兵，整齐地排列并定向，构建出各种组织和器官。这一过程依赖于平面极性通路，它能调控上皮细胞平面内的极性，确保组织的正常发育和功能。然而，尽管科学家们知道机械力在组织形态发生中起着重要作用，但对于它们如何调节平面极性，却知之甚少。这就好比知道了战争中有神秘力量在影响士兵的排列，但却不清楚这股力量究竟是如何发挥作用的。
为了揭开这个谜团，英国谢菲尔德大学（University of Sheffield）的研究人员开展了一项关于果蝇蛹翅的研究。他们聚焦于组织应力和细胞流在平面极性建立过程中的作用，试图找到那股隐藏的 “神秘力量”。研究发现，组织应力能够促进近端 - 远端（PD）平面极性的对齐，而且细胞流梯度在维持和建立 PD 方向的极性对齐中扮演着至关重要的角色。这一成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解生物发育过程中平面极性的调控机制提供了重要线索，就像是找到了打开神秘大门的钥匙。
研究人员在实验过程中使用了多种关键技术方法。首先是实时成像技术，通过对果蝇蛹翅进行实时观察，记录组织应力、核心平面极性蛋白稳定性和极性的动态变化。其次是激光消融技术，用于评估组织应力各向异性的变化。此外，荧光恢复后光漂白（FRAP）技术被用来量化 Fz 蛋白的稳定性。
下面让我们详细看看研究结果：
- 组织应力和 Fz 动力学在翅膀形态发生中的变化：在 24 - 32 小时 APF（After Pupal Formation，蛹形成后）期间，研究人员观察到组织应力各向异性与 Fz 极性和稳定性之间存在显著的负相关。随着组织应力各向异性的降低，Fz 稳定性逐渐增加，且 Fz 在垂直细胞连接处的极性越来越协调。
- 组织应力操纵对 Fz 极性和稳定性的影响：通过物理和遗传操作降低组织应力各向异性后，研究发现这会导致 Fz 极性与 PD 轴的对齐性变差，同时 Fz 的稳定性显著提高。这表明组织应力各向异性在建立全局极性对齐中起着关键作用。
- 高组织应力下 Fz 在连接处积累不良：研究发现，Fz 在新形成的垂直连接处积累速度较快，而在新形成的水平连接处积累缓慢。并且，组织应力各向异性会影响 Fz 的积累模式，高应力会阻碍 Fz 在细胞连接处的积累和稳定。
- 各向异性组织应力诱导细胞流梯度：研究人员观察到，各向异性组织应力会诱导细胞流梯度的产生，且该梯度与 Fz 稳定性密切相关。在高组织应力区域，细胞流梯度更大，Fz 稳定性更低。
- 急性组织梯度对 Fz 稳定性和极性的影响：通过实验急性诱导组织速度梯度，发现这会降低 Fz 在与细胞流动方向平行的连接处的稳定性，并导致 Fz 极性重新定向。这进一步证明了细胞流梯度在决定 Fz 极性对齐中的重要作用。
- 相对细胞运动降低 Fz 密度和稳定性：相对细胞运动导致水平连接处的 Fz 密度和稳定性降低，这可能是由于剪切力使跨膜核心蛋白复合物解离。同时，研究还发现改变细胞黏附强度会影响 Fz 稳定性，但具体机制还需进一步研究。
在讨论部分，研究人员提出了一个新的模型：由各向异性组织应力驱动的细胞流梯度，通过对与流动方向对齐的细胞连接处施加剪切力，使核心蛋白不稳定，从而加强极性的定向，进而指导整体的平面极化。这一模型为理解机械应力各向异性在建立全局平面极化中的作用提供了新的视角。虽然研究取得了重要进展，但仍面临一些挑战，比如区分拉伸力和剪切力对 Fz 去稳定化的影响。不过，这些发现为深入研究平面极化过程中剪切力和组织水平线索的作用开辟了新的途径，有助于我们更深入地理解发育过程中的长程模式形成机制，就像为我们绘制了一幅更清晰的生物发育蓝图。
