嘌呤能信号传导破坏了基础型 Xenobot 中多细胞协调的涌现模式。

自组织系统展现涌现性与适应性能力的本领，是生物生命的一项基本特征。理解细胞如何在微观尺度上相互协调，从而产生宏观尺度的结构与行为，是发育生物学中的一个基本问题。此外，识别能够重构生理性信息流模式与控制信号的触发因素，也是生物医学的重要目标。在此，我们利用一种近期开发的合成生物学平台——基底 Xenobots——来探索信息流模式和多细胞整合如何受到化学信号通路的调控。基底 Xenobots 是由胚胎构建而成的经过修饰的类器官系统，先前已被证明能够展现复杂的信息流模式。 在本研究中，我们记录了基底 Xenobots 在暴露于细胞外三磷酸腺苷（eATP）前后的钙信号，并利用多变量信息论统计量来探究两种状态下细胞间全局信息流模式的差异。我们发现，eATP 会导致全局信息处理动力学发生显著重构，其特征表现为多细胞协调性的全局下降、信息传递与整合能力的减弱，以及基底 Xenobots 全局熵率的降低。这些结果表明，嘌呤能信号传导可能在多细胞自组织的调控中发挥关键作用，并对多种被认为涉及异常嘌呤能信号传导的临床疾病具有启示意义。这些结果还提示，生物工程学家或许能够通过药理学干预来“调节”活体系统的自组织能力程度。

自组织系统展现涌现性与适应性能力，是生物生命的一项基本特征。理解细胞如何在微观尺度上进行协调，从而产生宏观尺度的结构与行为，是发育生物学中的一个基本问题。此外，识别能够重构生理性信息流模式与控制信号的触发因素，也是生物医学的重要目标。在此，我们利用一种近期开发的合成生物学平台——基底 Xenobots（basal Xenobots）——来探索信息流模式与多细胞整合如何受化学信号通路调控。基底 Xenobots 是由胚胎构建而成的经改造类器官样系统，先前已被证明能够表现出复杂的信息流模式。

在本研究中，我们记录了基底 Xenobots 在暴露于细胞外三磷酸腺苷（eATP）前后的钙信号，并利用多变量信息论中的统计量来探究两种状态下各细胞间全局信息流模式的差异。我们发现，eATP 导致了全局信息处理动力学的显著重构，其特征表现为多细胞协调性的整体下降、信息传递与信息整合的减弱，以及基底 Xenobots 全局熵率的降低。这些结果表明，嘌呤能信号传导可能在多细胞自组织的调控中发挥关键作用，并对多种被认为涉及异常嘌呤能信号传导的临床疾病具有启示意义。这些结果还提示，生物工程学家或许能够通过药理学干预来“调节”生命系统的自组织能力水平。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.04.730190v1?rss=1

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