Patterned mechanical feedback establishes a global myosin gradient.
Patterned mechanical feedback establishes a global myosin gradient.
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图案化的机械反馈建立了全球肌球蛋白梯度。
DOI：
10.1038/s41467-022-34518-9
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发表时间：
2022-11-17
影响因子：
16.6
通讯作者：
Streichan, Sebastian J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Gustafson, Hannah J.;Claussen, Nikolas;De Renzis, Stefano;Streichan, Sebastian J.
形态发生，即协调执行塑造胚胎的发育程序，在物理学和生物学之间的交界处提出了许多基本问题。特别是，活跃的细胞骨架过程的动态是如何在整个胚胎表面协调以产生全球细胞流的，人们知之甚少。已经确定了两个不同的调控原则：遗传程序和对机械刺激的动态反应。尽管取得了进展，但将这两项贡献分开仍然具有挑战性。在这里，我们结合光片显微镜和遗传和光遗传的组织力学扰动来检验在果蝇胚胎发生过程中非肌肉肌球蛋白II动态招募到细胞连接的理论预测。我们发现动态募集对全球肌球蛋白构型有长期的影响，连接变形率决定了肌球蛋白募集的速率。数学建模和高频分析揭示了连接上的肌球蛋白在机械反馈设置的平均值附近波动。我们的模型解释了80%保真度的全球肌球蛋白模式的早期建立。综上所述，我们的结果表明，空间调制的机械反馈在建立细胞骨架构型和全球组织流动模式的远程梯度中是一个关键的调节输入。DNA编码的形状是怎样的？在这里，通过对细胞力的光学显微镜和光遗传学控制，作者表明，在果蝇中，空间图案化的机械反馈环建立了驱动轴伸长组织流的细胞骨架模式。
Morphogenesis, the coordinated execution of developmental programs that shape embryos, raises many fundamental questions at the interface between physics and biology. In particular, how the dynamics of active cytoskeletal processes are coordinated across the surface of entire embryos to generate global cell flows is poorly understood. Two distinct regulatory principles have been identified: genetic programs and dynamic response to mechanical stimuli. Despite progress, disentangling these two contributions remains challenging. Here, we combine in toto light sheet microscopy with genetic and optogenetic perturbations of tissue mechanics to examine theoretically predicted dynamic recruitment of non-muscle myosin II to cell junctions during Drosophila embryogenesis. We find dynamic recruitment has a long-range impact on global myosin configuration, and the rate of junction deformation sets the rate of myosin recruitment. Mathematical modeling and high frequency analysis reveal myosin fluctuations on junctions around a mean value set by mechanical feedback. Our model accounts for the early establishment of the global myosin pattern at 80% fidelity. Taken together our results indicate spatially modulated mechanical feedback as a key regulatory input in the establishment of long-range gradients of cytoskeletal configurations and global tissue flow patterns. How does DNA encode shape? Here, via in toto light sheet microscopy and optogenetic control of cellular forces, the authors show that spatially patterned mechanical feedback loops establish the cytoskeletal patterns driving axis elongation tissue flow in Drosophila.
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