Science：受控的水力压裂让哺乳动物胚胎发育成形

来源：生物谷

水力压裂（hydraulic fracturing）是一种最为常见的与页岩气开采相关的过程。在一项新的研究中，来自法国索邦大学居里研究所和法兰西学院生物跨学科研究中心的研究人员作出结论：自我压裂（self-fracking）是将胚胎（来自小鼠）从径向对称的细胞聚集体切换到双侧对称的囊胚（blastocyst）的机制。相关研究结果近期发表在Science期刊上，论文标题为“Hydraulic fracturing and active coarsening position the lumen of the mouse blastocyst”。

小鼠胚胎发育，图片来自Department of Physiology, Development and Neuroscience, University of Cambridge。

在植入之前，胚胎是一组紧密的细胞，这些细胞或多或少地径向分裂，因而大体上保持球形。随后，这些细胞变成两侧对称的囊胚---由充满液体的囊胚腔（blastocoel）、最终成为胎儿的内胚细胞团和最终变成胎盘的滋养外胚层（trophectoderm）组成。水力压裂发生在这两个步骤之间的过渡阶段；它是这些细胞如何沿着第一轴将它们的排列从径向对称切换到两侧对称。通过使用高分辨率实时成像，这些研究人员观察到在小鼠囊胚形成过程中这种对称性破裂的过程。像往常一样，受精卵（精子和卵细胞结合形成的一个细胞）经细胞分裂后产生两个细胞，然后是四个，依此类推，直到第五轮细胞分裂，这时他们观察到“处数百个气泡在细胞-细胞连接处同步出现”，每个气泡充满着加压水。在这些气泡（微腔）的形成过程中，这些细胞的主要粘附蛋白（E-钙粘蛋白）在微腔（microlumen）的边缘聚集在一起。就像在页岩气水力压裂中一样，来自囊胚腔的加压液体被注入在两个粘性细胞膜之间，将它们分裂开并将它们的E-钙粘蛋白重新分布到新形成的微腔边缘的新位置上。在经过一段时间的大量水力压裂之后，粗化阶段（coarsening phase）开始，一些气泡变大，然后较大的微腔聚集在一起，直到它们形成一个大腔，从而将胚胎细胞团转移到囊胚的一半中。尽管这是第一次在活体小鼠囊胚中观察到自我压裂过程，但是这并不是研究人员第一次观察到这种微腔粗化过程。这项研究的作者们报道，由于胞外基质中的液体压力、渗透扰动或定向离子转运，类似的充满加压液体的破坏细胞-细胞界面和细胞-胞外基质界面的气泡已在体外观察到。

参考文献：

1.Julien G. Dumortier, et al. Hydraulic fracturing and active coarsening position the lumen of the mouse blastocyst. Science, 2019, doi:10.1126/science.aaw7709.2.Marino Arroyo. Embryonic self-fracking. Science, 2019, doi:10.1126/science.aay2860.3.Controlled hydraulic fracturing sculpts mammalian embryos into shapehttps://phys.org/news/2019-08-hydraulic-fracturing-sculpts-mammalian-embryos.html