牛津仪器Andor BC43 助力揭示脊椎动物的形态发生和伤口愈合的机械机制

01 论文背景

在胚胎发育过程中，组织的集体运动（如神经管闭合）受到机械和分子信号通路的调控。细胞可通过细胞间和细胞-基质黏附复合体感知机械环境信号，并将其转化为调控基因表达和蛋白动力学的生化信号。尽管已知许多蛋白质的定位和信号传导受物理力影响，但力的产生、感知和细胞间传递的分子机制仍不清楚。平面细胞极性（PCP）信号通路可能在形态发生过程中调节长距离力的传递，但PCP如何感知机械力并将其转化为生化信号仍是一个未解之谜。

2025年6月24日，西奈山伊坎医学院的Sergei Y. Sokol教授组在Current Biology上发表了题为“Mechanical cues polarize ADIP protein complexes to control vertebrate morphogenesis and wound healing“的研究论文。该研究基于牛津仪器ANDOR的BC43桌面式转盘共聚焦成像系统进行活细胞、胚胎的长时程成像，深度剖析了afadin-和α-actinin相互作用蛋白（ADIP）与PCP蛋白Diversin之间的动态相互作用，并揭示出ADIP-Diversin蛋白复合物在伤口愈合和胚胎形态发生过程中感知机械线索的作用机制。

02 论文重点简述

为了研究 ADIP 在机械感应中的参与，作者基于牛津仪器ANDOR BC43桌面式转盘共聚焦成像系统首先可视化了ADIP 在非洲爪蟾胚胎外胚层中的分布（如图1）。研究表明，ADIP 斑点主要集中在靠近收缩细胞的细胞角连接处附近，并且其极性对肌球蛋白II抑制敏感，这启发了作者假设ADIP 定位是由机械力控制的。

图1. 表达 GFP-ADIP 和 myr-BFP 的 16 期前神经板的俯视共聚焦图像。箭头处可见ADIP的富集

为评估ADIP 的力感特性，作者通过向外胚层细胞注射Shroom 3 / Plekhg 5顶端收缩诱导剂，基于BC43的实时成像发现，ADIP 斑点在顶面附近的出现及其向这些细胞边界的移动（如动图1），这种动态研究清晰地揭示出ADIP斑点的定向转运是由顶端收缩本身触发的。

动图1. ADIP极化响应于邻近细胞的顶端收缩

进一步，在流体静压驱动的抽吸模型中，ADIP的极化响应于胚胎的拉伸。而且在易于实验操作胚胎伤口愈合模型中，基于BC43同样观察到了ADIP在伤口周围的强烈极化，延时成像也动态揭示了ADIP斑点的定向运动或伤口近端细胞角附近ADIP斑点的出现（动图2）。这些结果表明ADIP 极化可能是通过 ADIP 斑点向最接近伤口的细胞角定向转运实现的

动图2. ADIP极化响应于邻近细胞的顶端收缩

为理解ADIP 在伤口愈合中的意义，作者通过敲低ADIP发现在ADIP伤口闭合期间在粘附连接的组装或维持中起作用，并在功能上与 Vangl 2 相互作用。更重要的是，对Diversin/Ankrd 6 的分布的评估显示，与 ADIP 一样，Diversin 在原肠胚外胚层中靠近伤口边缘的细胞角处富集（图2）。而且，结合Diversin 耗尽的胚胎中的伤口愈合研究，发现Diversin是ADIP极化所必需的。

图2. 未受伤（A）或受伤后30分钟（B）的第 11 阶段外胚层中 Diversin 的定位，以及显示 Diversin 相对于伤口的方向的Rose图（C）

03 BC43桌面式转盘共聚焦成像系统

在此研究中，作者基于牛津仪器ANDOR的BC43桌面式转盘共聚焦成像系统实现了对细胞和胚胎进行了一系列的长时程、3D高速及多通道荧光成像。该系统凭借其先进的转盘设计以及高灵敏度和高速成像的优势，可显著降低活细胞在长时间成像过程中面临的光毒性与光漂白问题。这使得研究人员能够在细胞感知机械线索的过程中，系统地获得高信噪比的动态追踪数据，从而为揭示机械信号感知和细胞极化的分子机制提供了强有力的支持。