[論文レビュー] Minimal vertex model explains how the amnioserosa avoids fluidization during Drosophila dorsal closure

Indrajit Tah, Daniel Haertter+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 20, 2023

Cellular Mechanics and Interactions被引用数 7

ひとこと要約

この論文は標準的な頂点モデルを時間変化する好ましい周囲と周囲のポリデスパーシティで拡張し、Drosophila 背部閉鎖中に高い細胞形状異方性にもかかわらず amnioserosa が固体のまま（隣接細胞の交換なし）である理由を説明します。モデルは実験と定量的に一致し、レーザー切断で検証された非単調な接線テンションを予測します。

ABSTRACT

Dorsal closure is a process that occurs during embryogenesis of Drosophila melanogaster. During dorsal closure, the amnioserosa (AS), a one-cell thick epithelial tissue that fills the dorsal opening, shrinks as the lateral epidermis sheets converge and eventually merge. During this process, the aspect ratio of amnioserosa cells increases markedly. The standard 2-dimensional vertex model, which successfully describes tissue sheet mechanics in multiple contexts, would in this case predict that the tissue should fluidize via cell neighbor changes. Surprisingly, however, the amnioserosa remains an elastic solid with no such events. We here present a minimal extension to the vertex model that explains how the amnioserosa can achieve this unexpected behavior. We show that continuous shrinkage of the preferred cell perimeter and cell perimeter polydispersity lead to the retention of the solid state of the amnioserosa. Our model accurately captures measured cell shape and orientation changes and predicts non-monotonic junction tension that we confirm with laser ablation experiments.

研究の動機と目的

• dorsal closure 中に AS が高い平均細胞形状指標にもかかわらず固体のままになる理由を説明する。
• 時間変化する好ましい周囲と周囲ポリデスパーシティを組み込んだ最小限の頂点モデル拡張を開発する。
• セル形状、配向、接線テンションの実験測定とモデル予測を検証する。

提案手法

• ASを周期境界を持つ長方形シートとして2D頂点モデルを使用する。
• ΔA(t)に伴い好ましい細胞周囲 p0,i を線形に減少させる。
• 開始時の q_i のばらつきを反映して周囲ポリデスパーシティを導入する。
• 各ステップ後にエネルギーを最小化して準静的な一軸方向変形をシミュレートする。
• モデルから接線テンション τJ を推定し、レーザーアブレーションのはね返りデータと比較する。
• q, σq, Q, および境界のはね返り速度に関する実験測定とモデル出力を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間変化する好ましい周囲と周囲ポリデスパーシティは、背部閉鎖中のAS の固体様挙動を説明できるか。
• RQ2 p0,i の変化と組織の異方性は、モデルにおける剛性と隣接再配置にどう影響するか。
• RQ3 接線テンションと細胞形状分布のモデル予測はレーザーアブレーションとイメージングデータと一致するか。

主な発見

• AS は閉鎖全体を通じて固体相にとどまり、q > 3.81（標準モデルの固体-流体閾値）にもかかわらず。
• 好ましい周囲 p0,i の線形減少と周囲ポリデスパーシティの組み合わせが観測される細胞形状を再現し、隣接交換を減らす。
• モデルの接線テンション τJ は ΔA ≈ 0.55 まで増加し、その後減少して、レーザー切断で観察された非単調なはね返り速度と一致する。
• 境界の直線性 S ははね返り速度 v_r と相関し、ΔA の進行とともに同様の非単調傾向を示す。
• 位相図は固体対液体状態を f_r ≈ f_c ≈ 0.66 付近で示し、閉鎖中に f_r が f_c を上回るため AS は固体のまま。
• 非ゼロテンション境界の浸透（f_r > f_c）が維持される。 decreasing p0,i を除くと流体化が生じる。