顶端-基底极性调控因子的差异性周转驱动新兴机械响应与形态稳态

上皮细胞形状在组织动力学中发挥着基础性作用。大量研究已经证实，细胞会显著改变其形状，以促进上皮组织形态发生。然而，使细胞能够维持其形状的机制仍远未被充分理解。在本研究中，我们结合果蝇上皮组织中的活体成像与理论建模，鉴定出一种涌现性的机械-化学反馈机制，该机制无需专门的分子力传感器，即可确保连接长度和细胞形状的稳定性。 我们发现，连接长度的增加与 E-钙黏蛋白的被动稀释相关，随后肌球蛋白 II 依赖性的收缩性增强，从而缩短连接长度。理论上，我们表明，当收缩性的负调控因子和正调控因子具有不同动力学特征时，这种连接长度调控会普遍涌现。实验进一步证实，E-钙黏蛋白作为一种周转缓慢的负调控因子发挥作用。 在机制层面，E-钙黏蛋白的局部稀释会被动解除其对侧向顶-基底极性组分的抑制，从而使具有快速周转特性的 RhoGEF Cyst 得以积累并增强收缩性。扰动这一反馈会导致细胞连接和细胞形状调控异常，进而削弱组织缓冲局部机械波动和全局机械应力的能力。综上，我们提出，顶端与侧向极性复合体之间的差异性周转为连接长度和细胞形状稳态提供了一种涌现性的机械响应机制。

上皮细胞形态在组织动力学中发挥着基础性作用。大量研究已经证实，细胞会显著改变其形态以促进上皮组织形态发生。然而，使细胞能够维持其形态的机制却远未得到充分理解。在本研究中，我们结合果蝇上皮组织中的活体成像与理论建模，鉴定出一种涌现性的机械—化学反馈机制，该机制无需依赖专门的分子力传感器，即可确保连接长度和细胞形态的稳定性。我们发现，连接长度的增加与E-钙黏蛋白的被动稀释相关，随后肌球蛋白II依赖性的收缩性增强，从而缩短连接长度。从理论上看，我们表明，当收缩性的负调控因子和正调控因子具有不同动力学特征时，这种连接长度调控会普遍涌现。实验进一步证实，E-钙黏蛋白作为一种周转较慢的负调控因子发挥作用。

在机制层面，E-钙黏蛋白的局部稀释会被动解除其对侧向顶—底极性组分的抑制，从而使具有快速周转特性的RhoGEF Cyst得以积累并增强收缩性。扰动这一反馈会导致细胞连接和细胞形态调控异常，进而削弱组织缓冲局部机械波动和全局机械应力的能力。总之，我们提出，顶端与侧向极性复合体之间的差异性周转为连接长度和细胞形态稳态提供了一种涌现性的机械响应机制。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.12.744353v1?rss=1

🏷️ 上皮形态稳态 顶端-基底极性 E-钙黏蛋白 肌球蛋白II 机械-化学反馈 果蝇上皮