近日，科学家发现了力学因素影响胚胎干细胞发育的奥秘，而这起因于一个造型独特的细胞结构。7月3日，来自清华大学、北京航空航天大学和哈佛大学的学者在《细胞—系统》刊文，发现小鼠胚胎干细胞集落的表面张力随增殖、分化过程而演变，其表面张力来自三维超细胞肌动球蛋白皮层的收缩。
干细胞生长过程中所处环境复杂，不同弹性的细胞外基质（ECM）可诱导间充质干细胞分化成神经细胞、成骨细胞等。而细胞感受细胞力学微环境的过程，实际是细胞将感受到的力学刺激转化为生物化学信号的过程，这一过程被称为细胞力学信号传导。论文第一作者杜婧对《中国科学报》表示，一般平板培养的上皮类细胞多为单层生长，立体感较差，一种自发形成的结构形态非常立体的干细胞集落引起了研究团队的注意。
干细胞集落如何自发性维持其独特的造型？机械的力学因素或许就是答案。
通过原子力显微镜检测干细胞集落弹性模量的演化，并用显微激光切割方法检查集落的表面张力，研究团队发现小鼠胚胎干细胞集落表面的张力随着干细胞的生长和分化而逐渐减弱。而集落表面的微丝骨架是形成张力的重要原因，这些微丝骨架会在肌球蛋白的作用下会产生收缩力，从而对集落内部细胞施加压力。
研究者进一步发现，小鼠胚胎干细胞集落内部压力可促进Nanog和Oct4两种基因的表达，而这种超细胞三维肌动球蛋白皮层对囊胚发育也有积极作用。
“此前关注力学因素对胚胎干细胞影响的研究较少。除了基因调控和生物化学信号的影响，我们的研究将机械力因素也引入其中。”杜婧表示。未来，课题组还会继续探寻集落表面张力变化的内在机制。论文第一完成单位为清华大学，通讯作者为北京航空航天大学副教授杜婧，哈佛大学教授David Weitz和清华大学教授冯西桥。
小鼠胚胎干细胞集落不同生长过程的荧光染色图像。（图片来源：Cell Systems）
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cels.2019.05.008
