果蝇模型确定了器官发育背后的关键调节因子

模拟果蝇翅膀发育的新计算模型使研究人员能够识别器官生成背后隐藏的机制。由于果蝇和人类的器官发育方式非常相似，因此从该模型中获得的生物学见解可用于为癌症、阿尔茨海默病和先天性遗传出生缺陷等人类疾病的诊断和治疗提供信息。圣母大学化学和生物分子工程副教授JeremiahZartman与一个多学科研究团队合作，其中包括来自加州大学河滨分校的合作者，开发了一种果蝇模型，对生成器官组织的机制进行逆向工程。

该团队的研究结果发表在《自然通讯》上，它使人们对调节器官细胞大小和形状的化学和机械杠杆有了更深入的了解。

“我们正在尝试在计算机中模拟一个器官，有效地创建该器官的数字双胞胎，”扎特曼说。“我们正在研究不同的细胞和细胞部分，看看我们是否可以预测它们将如何相互作用。”

器官的发育是对扎特曼所说的信号“交响曲”的反应。研究人员的果蝇模型整合了协调细胞运动、收缩、粘附和增殖的众多信号。它还结合了细胞成分的机械、化学和结构特性，并解释了这些特性如何随时间和在不同位置发生变化。

该模型和他实验室的实验结果都表明，存在两类不同的化学信号通路或信号序列，它们可以产生弯曲或平坦的组织，从而确定生成特定形状器官的灵活性和可调性。

接收来自胰岛素的信号的细胞导致组织曲率增加，而接收来自其他两种关键生长调节剂的信号的细胞则使组织变平。研究人员发现，这些生长调节剂还可以操纵细胞的内部框架或细胞骨架，以进一步塑造细胞的大小和形状。

Zartman小组的总体目标是确定从模拟果蝇器官研究中收集到的生物规则与植物、鱼类和人类等不同系统的共享程度。

“我们未来的目标是开发一种数字原型器官，解决生物学中的一个基本问题——细胞如何产生功能性器官?”扎特曼说道。