[论文解读] 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 7

一句话总结

本论文在标准顶点模型基础上加入随时间变化的偏好周长与周长多分散性，以解释在多甲胚背部闭合过程中，尽管细胞形状各向异性很强，zeug Amnioserosa（AS）仍保持固态（无邻接交换）。该模型在定量上与实验吻合，并预测通过激光消融验证的非单调连接张力。

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.

研究动机与目标

• 解释在高平均细胞形状指数下，AS在背部闭合期间为何保持固态。
• 开发一个将随时间变化的偏好周长和周长多分散性结合进来的最小化顶点模型扩展。
• 将模型预测与实验测量的细胞形状、取向和连接张力进行对比验证。

提出的方法

• 将AS视为一个矩形薄片、具有周期性边界的二维顶点模型。
• 引入一个随闭合进度ΔA(t)线性降低的偏好细胞周长 p0,i。
• 在起始阶段引入偏好周长的初始多分散性，以反映 q_i 的变异性。
• 通过准静态的单轴形变模拟组织变形，在每一步之后最小化能量。
• 从模型中估算连接张力 τJ，并与激光消融的反冲数据进行比较。
• 将模型输出与实验测量的 q、σq、Q 和连接反冲速度进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 时间变化的偏好周长和周长多分散性是否能解释AS在背部闭合期间的固态行为？
• RQ2 p0,i 的变化和组织各向异性如何影响模型中的刚性及邻接重排？
• RQ3 模型对连接张力和细胞形状分布的预测是否与激光消融与成像数据相符？

主要发现

• AS在闭合全过程中保持固态相，尽管 q > 3.81（标准模型的固–流阈值）。
• p0,i 的线性下降结合周长多分散性，再现观察到的细胞形状并降低邻接交换。
• 模型中的连接张力 τJ 在 ΔA 約 0.55 时上升，随后下降，与激光切割观察到的非单调反冲速度相吻合。
• 连接直线度 S 与反冲速度 v_r 相关，呈现与 ΔA 进展相似的非单调趋势。
• 相图显示固态与流态分界的 f_r ≈ f_c ≈ 0.66；在闭合过程中由于 f_r 保持在 f_c 之上，AS 保持固态。
• 非零张力连接的渗透性（f_r > f_c）得以维持；若去掉 p0,i 的下降，将导致流变化。