Interplay of cell shape and division orientation promotes robust morphogenesis of developing epithelia.
Interplay of cell shape and division orientation promotes robust morphogenesis of developing epithelia.
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DOI：
10.1016/j.cell.2014.09.007
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发表时间：
2014-10-09
期刊：
影响因子：
64.5
通讯作者：
Megason SG
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xiong F;Ma W;Hiscock TW;Mosaliganti KR;Tentner AR;Brakke KA;Rannou N;Gelas A;Souhait L;Swinburne IA;Obholzer ND;Megason SG
上皮细胞在发育过程中获得功能上重要的形状（例如鳞状、立方状、柱状）。在这里，我们结合理论、定量成像和扰动来分析组织几何形状、细胞分裂和力学如何相互作用来塑造斑马鱼胚胎表面上的假定包络层（pre-EVL）。我们发现，在几何约束下，EVL 前的扁平化是通过不同方向的细胞分裂后表面细胞数量的变化来调节的。分裂模式又由细胞形状分布决定，细胞形状分布是在细胞-细胞机械耦合的几何约束下形成的。这种形状划分反馈回路的集成数学模型概括了经验观察。令人惊讶的是，该模型预测了组织表面积、细胞体积和细胞数量变化的稳健细胞形状，我们在体内证实了这一点。进一步的模拟和扰动表明，连接细胞形状和分裂方向的参数有助于上皮多样性。我们的工作共同确定了一种可进化的设计逻辑，可以对组织水平的发育进行强有力的细胞水平调节。
Epithelial cells acquire functionally important shapes (e.g., squamous, cuboidal, columnar) during development. Here we combine theory, quantitative imaging, and perturbations to analyze how tissue geometry, cell divisions, and mechanics interact to shape the presumptive enveloping layer (pre-EVL) on the zebrafish embryonic surface. We find that, under geometrical constraints, pre-EVL flattening is regulated by surface cell number changes following differentially oriented cell divisions. The division pattern is in turn determined by the cell shape distribution, which forms under geometrical constraints by cell-cell mechanical coupling. An integrated mathematical model of this shape-division feedback loop recapitulates empirical observations. Surprisingly, the model predicts robust cell shapes to changes of tissue surface area, cell volume and cell number, which we confirm in vivo. Further simulations and perturbations suggest the parameter linking cell shape and division orientation contributes to epithelial diversity. Together, our work identifies an evolvable design-logic that enables robust cell-level regulation of tissue-level development.
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