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Jun 04, 2023

A geometria e a dinâmica da segregação celular 3D são governadas pela regulação da tensão superficial do tecido

Biologia das Comunicações volume 6, Número do artigo: 817 (2023) Citar este artigo 521 Acessos 1 Detalhes da Altmetric Metrics A morfogênese e a padronização dos tecidos durante o desenvolvimento envolvem a segregação de

Biologia das Comunicações, volume 6, número do artigo: 817 (2023) Citar este artigo

521 Acessos

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

A morfogênese e a padronização dos tecidos durante o desenvolvimento envolvem a segregação de tipos de células. A segregação é impulsionada por tensões superficiais diferenciais de tecidos geradas por tipos de células através do controle da formação de contato célula-célula, regulando a adesão e as tensões corticais celulares baseadas na contratilidade da actomiosina. Usamos tipos de células de tecido de vertebrados e progenitores da camada germinativa de peixe-zebra como modelos in vitro de segregação heterotípica tridimensional e desenvolvemos uma análise quantitativa de sua dinâmica baseada em microscopia de lapso de tempo 3D. Mostramos que a inibição geral da contratilidade da actomiosina pelo inibidor da Rho quinase Y27632 atrasa a segregação. A inibição específica do tipo celular da atividade da miosina2 não muscular pela superexpressão do inibidor de montagem de miosina S100A4 reduz a tensão superficial do tecido, manifestada na diminuição da compactação durante a agregação e na geometria invertida observada durante a segregação. O mesmo é observado quando expressamos uma isoforma Rho quinase constitutivamente ativa para manter ubiquamente a contratilidade da actomiosina alta nas interfaces célula-célula e célula-meio e, assim, anulando a regulação específica da interface das tensões corticais. A regulação da tensão superficial dos tecidos pode se tornar uma ferramenta eficaz na engenharia de tecidos.

A auto-organização tecidual, como a segregação de tipos celulares com base em suas propriedades biomecânicas, é um componente importante do desenvolvimento embrionário em metazoários . Exemplos bem caracterizados incluem o desenvolvimento de brotos de membros de pintinhos, a formação de blastocistos de camundongos, bem como a gastrulação e a formação de camadas germinativas nos embriões de peixe-zebra e Xenopus9,10,11,12. Os campos emergentes da engenharia de tecidos e da biofabricação13 também podem explorar os mecanismos (descobertos) de auto-organização.

Em uma longa escala de tempo, os tecidos se comportam como fluidos viscosos caracterizados pela tensão superficial tecidual específica (TST), como manifestação de coesão, que é determinada pela adesão celular e pela tensão cortical celular. As contribuições relativas da adesão e da tensão cortical para o TST são abordadas por duas hipóteses: a hipótese de adesão diferencial (DAH)4,14,15 e a hipótese de tensão interfacial diferencial (DITH)16. Diferenças específicas no TST são consideradas os principais contribuintes para a segregação/classificação celular in vitro e in vivo e a estratificação de tecidos no desenvolvimento, embora outros mecanismos como a migração celular coletiva17,18 e a polarização10 ou a osmolaridade19 desempenhem claramente papéis cruciais.

No decorrer da segregação in vitro de diferentes tipos celulares, o tipo celular caracterizado por maior TST tende a segregar no interior, envelopado ou engolfado por células com menor TST4,12,14,20,21,22,. Para gerar TST elevado, a tensão interfacial célula-meio, composta apenas pela tensão cortical celular, deve ser aumentada, enquanto a tensão interfacial célula-célula deve ser diminuída, pois o TST depende da proporção entre interface célula-meio versus célula-meio. tensões na interface celular. A tensão interfacial célula-célula é composta principalmente pela tensão cortical gerada pela contração da actomiosina, enquanto a contribuição (negativa) da tensão de adesão é baixa; portanto, a redução da tensão interfacial célula-célula requer redução ativa da tensão cortical local23.

A depleção da miosina 2 não muscular (NM2) foi observada nas interfaces célula-célula concomitante com o aparente acúmulo de NM2 e actina na interface célula-meio em progenitores da camada germinativa in vitro e in vivo . Foi demonstrado que a tensão mecânica cortical promove a localização cortical de NM2 em embriões de Drosophila, com o próprio NM2 atuando como um mecanossensor nesse processo de recrutamento . A regulação diferencial específica da interface da tensão cortical é um componente crucial da geração de TST e acredita-se que seja direcionada pela sinalização dos complexos de adesão célula-célula ao citoesqueleto . Esta via de sinalização começa a partir de moléculas de adesão de caderina que são trans-ligadas com caderinas de outra célula em contato e recrutam cateninas intracelulares para formar um complexo. Entre outras, a p120-catenina (catenina-delta1) é recrutada e ativada aqui, inibindo a RhoA, levando à inativação da Rho quinase e à inibição adicional a jusante da contratilidade da actomiosina .