细胞的生死由机械规则决定

包括人类在内，许多物种体内的生殖细胞彼此高度相连，且共享细胞质。秀丽隐杆线虫就是其中一员，这种雌雄同体生物的性腺中有着多达500个彼此相连的生殖细胞。这些细胞围绕着一条中心“走廊”排列，互相交换着促进细胞生长的细胞质，并最终产生准备受精的卵母细胞。

在过去的研究中，研究人员发现秀丽隐杆线虫的性腺会产生超过所需数量的生殖细胞，而且其中只有一半会成长为卵母细胞，其余的则会萎缩凋亡。那么，是什么使得生殖细胞做出这种生死决策？近日，德累斯顿工业大学生物技术中心、马克斯·普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所等研究单位的科学家找到了以上问题的答案。相关文章发表在《自然·物理学》杂志中。

在随性腺发育成熟的初期，线虫各生殖细胞的大小和体积是均等的。然而，这种均匀生长会在某个时刻突然转变为异质生长——一些细胞变大，一些细胞变小。研究人员Nicolas Chartier解释:“通过精确分析活线虫体内生殖细胞的体积、细胞质物质通量以及发展理论模型，我们已经确定：线虫的生殖细胞中存在一种液压不稳定性，它放大了微小的初始随机体积差异，最终导致一些生殖细胞体积增加，另一些细胞体积减小。这种现象可以类比为物理学家熟知的双气囊不稳定性。简单来说，就是当我们同时向两个橡胶气球吹气时，由于大气球的内部压力比小气球低，最终只有大气球能完成充气。”

这也是生殖细胞生死选择的关键：压力差往往会破坏生殖细胞的对称结构，导致较大的生殖细胞以牺牲较小的生殖细胞为代价而生长。研究小组通过人工缩减生殖细胞的体积证明，体积缩小确实会导致细胞受到挤压并最终死亡。这表明一旦细胞体积低于临界大小，细胞凋亡便会发生。

在共聚焦成像技术的帮助下，研究人员得以对活线虫进行完整的内部成像，并获取了性腺内细胞体积和细胞间液体交换的精确图像。论文通讯作者、生命卓越物理集群（PoL）的发言人Stephan Grill补充道:“这些发现非常令人兴奋，因为它们揭示了：决定细胞生死的是一种机械原因，并且与组织液压有关。”

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编译：橘子  审稿：西莫  责编：陈之涵

期刊来源：《自然·物理学》

期刊编号：1745-2481

原文链接：https://phys.org/news/2021-05-mechanical-cue-cell-death-decision.html

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