在日常生活中，穿衣時紐扣“走錯門”常常會惹人發(fā)笑。在發(fā)育中的心臟里，細胞會相互穿梭、碰撞，來找到自己的位置，一旦與錯誤的細胞配對，可能會導(dǎo)致心臟跳動出現(xiàn)異常等問題。

英國華威大學(xué)的科學(xué)家揭示了心臟細胞相互匹配的方式，他們對這些細胞的復(fù)雜運動進行了建模，并預(yù)測了基因變異如何干擾果蠅心臟的發(fā)育過程。相關(guān)研究3月13日發(fā)表于《生物物理雜志》。

在人類和果蠅中，心臟組織源自胚胎的兩個不同區(qū)域，這兩個區(qū)域一開始相距較遠。隨著不斷發(fā)育，細胞開始向彼此移動，最終合并成管狀結(jié)構(gòu)，進而形成心臟。為了使心臟正確發(fā)育，這些細胞必須精準地排列并配對。

“當(dāng)細胞聚集在一起時，它們會搖擺并進行調(diào)整，最終總能與同類型的細胞配對?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⒂A威大學(xué)的Timothy Saunders說，這一現(xiàn)象促使研究團隊探索細胞最初是如何配對的，以及它們?nèi)绾沃勒业搅撕线m的對象。

正在發(fā)育的心臟細胞有類似觸手的突起，被稱為“絲狀偽足”，它們可以找到和抓住潛在的配對對象。Saunders之前的研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)會產(chǎn)生波浪將不匹配的細胞“趕走”，以便重新找到合適的“對象”。

“細胞的配對過程就像‘快速相親’?！盨aunders說，“它們只有幾秒鐘的時間來確定是否是‘良緣’，與此同時，蛋白質(zhì)分子‘朋友’已經(jīng)準備好，一旦它們不兼容，就會把它們拉開。”

研究人員發(fā)現(xiàn)，心臟細胞會追求一種盡可能接近靜止?fàn)顟B(tài)的穩(wěn)定性，類似于一個滾動的球最終會停下來，在物理學(xué)中，這種情況被稱為能量平衡。在發(fā)育中的心肌細胞中，這一原理體現(xiàn)在細胞會在連接力與應(yīng)對應(yīng)變的能力（即黏附能與彈性）之間找到平衡?；谶@一觀察，研究團隊開發(fā)了一個模型，展示了細胞如何自我組織。

接下來，研究團隊在具有突變和錯位心臟細胞的果蠅上測試了他們的模型。通過計算不同類型細胞之間的黏附能并評估組織的彈性，該模型預(yù)測了細胞將如何配對和重新排列。

“雖然這種情況很少見，但有時心臟管會有一側(cè)只有1個細胞（實際應(yīng)該有2個），或者在該有4個細胞的時候有2個?！盨aunders說，“我們可以在模型中輸入這些缺陷，然后運行?！痹撃Ｐ偷漠a(chǎn)出結(jié)果與在真實胚胎中觀察到的情況非常相似。

研究團隊指出，該模型不僅加深了我們對心臟發(fā)育過程中細胞如何匹配和對齊的理解，還具有更廣泛的應(yīng)用價值。類似的細胞匹配過程在神經(jīng)元連接、傷口修復(fù)和面部發(fā)育中至關(guān)重要，這些過程出現(xiàn)問題，可能導(dǎo)致唇裂等疾病的發(fā)生。

“本質(zhì)上，我們正在為生物過程賦予數(shù)值，以解釋我們所觀察到的現(xiàn)象。”Saunders補充道。

相關(guān)論文信息：http://doi.org/10.1016/j.bpj.2025.02.011

來源：中國科學(xué)報