2023-04-24 カリフォルニア工科大学(Caltech)
細胞排出は、癌や老化、他の細胞の過密などの理由で行われ、組織の健康と完全性を維持するために必要なプロセスです。生物学者たちは細胞排出の生化学的な刺激とシグナルを長い間研究してきましたが、物理的な力に関する理解は不十分でした。このため、物質の相である液晶の力学に着想を得て、カリフォルニア工科大学の研究者たちは、細胞層とその物理的相互作用から生じる排出行動の3次元モデルを開発し、新しい知見を得ました。
細胞が特定の対称的な方法で隣接細胞によって圧縮されるほど、その細胞は集団から排出される可能性が高くなります。この研究によって、生物学と物理学を組み合わせる可能性が示され、活動的な物質の研究が生物学的システムを理解するために物理と物理的な力を活用できることが期待されています。
<関連情報>
- https://www.caltech.edu/about/news/condensed-matter-physics-inspires-a-new-model-of-cellular-behavior
- https://elifesciences.org/articles/82435
細胞排除の力学的基礎とトポロジカルルート Mechanical basis and topological routes to cell elimination
Siavash Monfared ,Guruswami Ravichandran,José Andrade,Amin Doostmohammadi
eLife Published: Apr 18, 2023
DOI:https://doi.org/10.7554/eLife.82435
Abstract
Cell layers eliminate unwanted cells through the extrusion process, which underlines healthy versus flawed tissue behaviors. Although several biochemical pathways have been identified, the underlying mechanical basis including the forces involved in cellular extrusion remains largely unexplored. Utilizing a phase-field model of a three-dimensional cell layer, we study the interplay of cell extrusion with cell–cell and cell–substrate interactions in a flat monolayer. Independent tuning of cell–cell versus cell–substrate adhesion forces reveals that extrusion events can be distinctly linked to defects in nematic and hexatic orders associated with cellular arrangements. Specifically, we show that by increasing relative cell–cell adhesion forces the cell monolayer can switch between the collective tendency towards fivefold, hexatic, disclinations relative to half-integer, nematic, defects for extruding a cell. We unify our findings by accessing three-dimensional mechanical stress fields to show that an extrusion event acts as a mechanism to relieve localized stress concentration.
