[論文レビュー] Multicellular actomyosin cables in epithelia under external anisotropic stress

Meryl Spencer, Jesús M. López-Gay+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 12, 2018

Cellular Mechanics and Interactions参考文献 38被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、異方的応力下での多細胞性アクチンミオシン線維の平行形成可能性（『キャブルネス』）を評価する2つの定量的指標——細胞のへこみ度と力の鎖の分岐度——を導入する。頂点モデルを用いて、著者らは、受動的細胞移動がキャブルネスを低下させ、一方、方向性のある細胞分裂がそれを向上させることを示し、安定した線維形成を可能にする。この予測は、ドーパラのさなぎ期上皮でも裏付けられている。ここでは、方向性のある細胞分裂後にキャブルに適したトポロジーに移行する。

ABSTRACT

The alignment of cell-cell junctions and associated cortical actomyosin across multiple cells to form supracellular cables in an epithelium is an example of the long range tissue organization that drives morphogenesis. Here we demonstrate that the ability of tissues to assemble these parallel cables depends on the initial packing topology of the cells in the epithelium. Using a computational vertex model we develop two methods of measuring a disordered tissue's favorability to forming cables under an external stress. These measures quantify the deformation of cells and the distribution of tension in the tissue under stress. Using these measures we show that passive stress-induced cell flow reduces a tissue's ability to form cables, whereas oriented divisions create a packing which can sustain multiple parallel cables. These measures are applied to a region of the the Drosophila demonstrating a shift to a more cable-friendly packing after a wave of oriented divisions in the region.

研究の動機と目的

• 外部の異方的応力下における多細胞性アクチンミオシン線維の形成に、組織のトポロジーがどのように影響するかを理解すること。
• アクティブなシグナル伝達に依存しない、組織が平行線維を形成する能力を定量化する指標を開発すること。
• 受動的細胞移動や方向性のある細胞分裂が、組織の安定した平行線維形成能力に与える影響を調査すること。
• ドーパラのさなぎ期上皮を用いた生物学的文脈での指標の妥当性を検証すること。

提案手法

• 異方的引張応力下での上皮組織を模擬する計算的頂点モデルを用い、細胞の再配置や力の分布を解析する。
• 2つの指標を導入する：(1) 組織の伸張後のへこみを示す細胞の割合、(2) 組織ネットワーク内の力の鎖の分岐度。
• T1遷移による受動的細胞移動と、方向性のある細胞分裂の両方を模擬し、それらがキャブルネスに与える影響を評価する。
• 指標をドーパラのさなぎ期翼上皮の領域に適用し、発生過程におけるトポロジーの変化を追跡する。
• 理論的解析により、組織のトポロジーと機械的安定性、線維形成可能性の関係を解明する。
• フレームワークは、組織の固有のトポロジー（キャブルネス）と、応力への動的反応を区別する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 上皮細胞の初期パッケージングトポロジーは、異方的応力下での平行多細胞性アクチンミオシン線維形成能力にどのように影響するか？
• RQ2 外部応力によって誘発される受動的細胞移動は、組織の安定した平行線維形成能力をどの程度低下させるか？
• RQ3 方向性のある細胞分裂は、複数の平行アクチンミオシン線維の形成を促進するような組織トポロジーを向上させ得るか？
• RQ4 提案されたキャブルネス指標（へこみ度と力の鎖の分岐度）は、実際の組織における線維形成とどの程度相関するか？
• RQ5 ドーパラのさなぎ期上皮は、発生過程でキャブルに適したトポロジーへとシフトするか？その時期と理由は何か？

主な発見

• 高応力方向に沿った受動的細胞移動は、線維形成に必要な接合の整列を乱し、組織のキャブルネスを低下させる。
• 高応力方向に沿った方向性のある細胞分裂は、細胞パッケージングを平行線維形成に適した配置へ再編成することで、組織のキャブルネスを向上させる。
• 提示された2つの指標——へこみを示す細胞の割合と力の鎖の分岐度——は、応力下での組織の内在的線維形成能力を効果的に定量化できる。
• ドーパラのさなぎ期翼上皮では、方向性のある細胞分裂の波の後に、よりキャブルに適したトポロジーへの明確なシフトが観察される。
• 高いキャブルネスを示す組織は、応力下で複数の安定した平行アクチンミオシン線維を形成するが、低キャブルネス組織は、ほとんどまたは全く線維を形成しない。
• 本研究は、キャブルネスが、エッジの整列だけでなく、方向秩序と全体の無秩序度の両方に依存する組織のトポロジカルな性質であることを示している。