[論文レビュー] Fluidization of sheet-like tissues by active cell rearrangements

Matej Krajnc, Sabyasachi Dasgupta+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2018

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ひとこと要約

本論文は、細胞接着部の幾何学的特徴が局所エネルギー障壁を符号化することにより、能動的T1隣接交換が上皮組織のフラクチュエート化を駆動すると提案する。3次元ボーディングモデルと弾性理論を用いて、有効粘性と能動的T1頻度の間のスケーリング関係を導出し、上皮管の面内せん断および軸方向圧縮条件下で検証した。

ABSTRACT

We theoretically explore fluidization of epithelial tissues by active T1 neighbor exchanges. We show that the geometry of cell-cell junctions encodes important information about the local features of the energy landscape, which we support by an elastic theory of T1 transformations. Using a 3D vertex model, we study tissue response to in-plane shear and we obtain a scaling relation between the effective viscosity and the active-T1 rate, which agrees with the coarse-grained theory. The impact of cell rearrangements on tissue shape is illustrated by axial compression of an epithelial tube.

研究の動機と目的

• 能動的細胞再編成が上皮組織のフラクチュエート化をどのように駆動するかを理解すること。
• 細胞接着部の幾何学的特徴が局所エネルギー障壁の特徴をどのように符号化するかを調査すること。
• 能動的T1頻度と有効組織粘性の間の定量的関係を確立すること。
• 機械的ストレス（面内せん断および軸方向圧縮など）に対する組織反応をモデル化すること。
• T1イベントが3次元上皮管の組織形状ダイナミクスに与える影響を示すこと。

提案手法

• 上皮組織の力学および細胞再編成をシミュレートするために3次元ボーディングモデルを用いた。
• 接着部の幾何学を介したエネルギー障壁符号化を記述するため、T1変換の弾性理論を開発した。
• 組織の rheological 応答を調査するために面内せん断を適用した。
• シミュレーションデータから、有効粘性と能動的T1頻度の間のスケーリング関係を導出した。
• 上皮管の軸方向圧縮をシミュレートし、T1イベントに起因する形態的変化を可視化した。
• 粗粒度理論を3次元ボーディングモデルの結果と照合して検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 T1隣接交換はどのように上皮組織のフラクチュエート化に寄与するか？
• RQ2 細胞間接着部の幾何学的特徴は、どのように局所エネルギー障壁を反映するか？
• RQ3 組織における有効粘性と能動的T1頻度の間のスケーリング関係は何か？
• RQ4 能動的再編成は機械的圧縮下で組織形状にどのように影響を与えるか？
• RQ5 粗粒度理論は、3次元ボーディングシミュレーションから導かれた組織 rheology を正確に記述できるか？

主な発見

• 細胞間接着部の幾何学的特徴は、T1遷移中に局所エネルギー障壁に関する重要な情報を符号化している。
• 有効粘性と能動的T1頻度の間のスケーリング関係が導出され、3次元ボーディングモデルのシミュレーションで確認された。
• 粗粒度理論は面内せん断下での組織 rheology を正確に予測し、シミュレーション結果と一致した。
• 能動的T1イベントは、上皮管の軸方向圧縮により、組織形状に顕著な変化をもたらすことが実証された。
• T1変換の弾性理論は、接着部の幾何学的特徴とエネルギー障壁の特徴の間の機械的リンクを提供する。
• 本モデルは、能動的細胞再編成が、本来は固体的性質を示す上皮組織においても流動的挙動を駆動できることを示している。