由Phys的Ingrid Fadelli创作
（同organic）有机 表达荧光标记的帕瓦罗蒂(红色)和南瓜(青色)的卵室，前者定位于环管，后者也暂时定位于环管并描绘上皮细胞的边界
作者:伊姆兰·阿尔索斯等
克隆优势是发生在后代(即
e
克隆)对系统最终结构的贡献不成比例
这种现象与许多生物过程有关，包括细菌生长和肿瘤的发生
尽管许多研究已经研究了克隆优势，但对其起源仍知之甚少
普林斯顿大学、纽约弗拉铁研究所和斯洛文尼亚若夫·斯特凡研究所的研究人员最近开展了一项研究，调查果蝇卵室中的克隆优势，这是一个可以轻松重建细胞集体生长动态的生物系统
他们发表在《自然物理学》上的论文表明，克隆优势可以在可兴奋的细胞网络中自发出现
果蝇卵室是一个多细胞系统，由16个生殖细胞组成，被一层上皮细胞包裹
这两种组织中的细胞通过环状管连接，环状管是连接由分裂产生的两个子细胞的稳定的细胞间桥
因此，科学家可以简单地通过追踪细胞之间的环管连接来重建细胞谱系树
谱系追踪技术是一套用于识别和追踪体内细胞群的工具，在过去几年里取得了显著进步
这些对于检查复杂、三维和异质组织的研究特别有前景，这些组织包含数十或数十万个细胞
卵室上皮细胞形成单层的细胞较少，简单得多，因此非常适合谱系追踪
进行这项研究的两名研究人员Jasmin Imran Alsous和Jan Rozman告诉Phys:“在卵室上皮中，后代在很大程度上通过环状管道相互连接，使得细胞谱系追踪更加简单。”
（同organic）有机
“此外，这个系统对于细胞分裂有一个相对明确的起点和终点:从大约50个细胞开始，到大约1000个细胞结束
" 由耶鲁医学院的林恩·库利和霍华德·休斯医学研究所的艾伦·斯普拉德林领导的一系列过去的研究，分别确定了各种环管蛋白，以及产生上皮的原始干细胞的数量和位置
伊姆兰·阿尔索斯、罗兹曼和他们的同事最近的工作建立在这些先前的发现之上
伊姆兰·阿尔索斯说:“在我们以前的工作中，我们几乎只关注环道相当大的16个生殖细胞群，它们在较大的卵室中从约1微米长到约10微米，并允许大多数核糖核酸、蛋白质和细胞器通过。”
“利用3D成像、图像处理和理论，我们表明，随着这些细胞的生长，它们的生长是不均衡的，通过考虑通过环状管的极化运输，可以使最终的差异生长模式合理化
" 在随后的一篇论文中，伊姆兰·阿尔索斯和她的同事们还研究了这些生殖细胞是如何在封闭空间内聚集的，因为他们发现了拓扑约束
2018年夏天，他们从另一名研究人员那里获得了一小瓶果蝇，其中标记了定位于环管的蛋白质，这样就可以通过荧光显微镜看到环管
因此，他们决定研究上皮细胞连接的程度
伊姆兰·阿尔索斯解释说:“在生殖细胞中，环管被证明对同步分裂产生16细胞群很重要——从1个细胞到2个、4个、8个，最后是16个细胞群。”
“以前的研究已经表明，上皮细胞中的环形管实际上比连接生殖细胞的小，大约300纳米，但仍然足够大，可以通过扩散在连接的细胞之间实现蛋白质平衡
" 利用他们从同事那里获得的样本，研究人员决定追踪处于不同发育阶段的卵室上皮中的细胞连接，其中上皮细胞约有50至1000个细胞
他们的研究主要是出于好奇
伊姆兰·阿尔索斯说:“当我们第一次开始这个项目时，也就是2018年夏天，我打算相对较快地离开普林斯顿。”
“我的合著者简在普林斯顿进行暑期实习
" 当他们第一次开始追踪样本中的细胞连接时，研究人员很快意识到连接的细胞形成了大小差异很大的簇
虽然其中一些集群包含几个或十几个细胞，但其他集群可能包含数百个细胞
研究小组希望在细胞团的大小上发现一定程度的差异，然而他们观察到的差异比他们预期的要明显得多
他们的观察表明，虽然一些细胞经常分裂，但其他细胞很少分裂
在他们观察到大的细胞群后，伊姆兰·艾尔索斯、罗斯曼和他们的同事开始解释这些细胞群的起源
先前的研究收集了有价值的见解，为他们的工作提供了信息，特别是描述了关于果蝇卵室上皮的两个事实
首先，研究发现，在这个系统中，连接细胞的环形管道足够大，蛋白质可以穿过它们并在细胞之间交叉
其次，如果细胞分裂是随机开始的，研究人员观察相邻细胞分裂的频率比预期的要高
“结合这些事实，我们得出了一个假设，即优势可能会出现，因为细胞分裂是耦合在上皮(即
e
当一个细胞开始分裂时，有丝分裂促进因子可以通过环管扩散到邻近的细胞中，诱导它们也分裂
“为了验证这一假设，我们开发了一个生长中的卵室上皮细胞的数学模型，该模型基于一个旧模型，该模型在概念上代表了森林火灾的蔓延
" 由伊姆兰·阿尔索斯、罗斯曼和他们的同事改编的“森林火灾”模型的原始版本显示了网格上的空间，这些空间可以被正常的树、燃烧的树或者什么都没有(我
e
，他们先前包含一棵树被烧毁)
树木可以自发地着火(代表，例如
g
雷击)或来自邻近燃烧的树
另一方面，网格中的空白空间可能会容纳一棵新生长的树
在研究人员设计的模型的修改版本中，树网格被由环形管道连接的细胞网络所取代
树木相当于一个可以分裂的细胞，将树木燃烧成正在分裂的细胞，将空间留给细胞分裂产生的子细胞，而子细胞又不能分裂
伊姆兰·艾尔索斯和罗兹曼说:“细胞可以自发分裂，也可以被一个相连的分裂细胞诱导分裂，这让人联想到树木之间的火灾跳跃。”
“与传统的‘森林火灾’模型不同，每个新的分部还增加了一个新的节点(I
e
从分裂中出现的新细胞)，从而生长网络
使用生长上皮的这种表示，我们表明细胞分裂的耦合确实可以导致在卵室中观察到的优势克隆的大小，捕捉它们出现的统计和动态
" 这项研究为果蝇卵室上皮的克隆优势提供了新的见解
最值得注意的是，它概述了由细胞分裂偶联导致的显性克隆出现的可能解释
此外，这些发现为细胞周期和基因调控过程的兴奋性提供了额外的证据
过去的研究已经强调了这些过程的易兴奋性，这也是遗传和生化实验所证实的
伊姆兰·阿尔索斯和罗斯曼说:“我们的观点是，这项研究几乎开启了和它所回答的一样多的问题。”
“例如，虽然它显示了显性克隆出现的可能手段，但尚不清楚克隆显性和分裂耦合是否以及如何给发育系统带来优势
推测起来，它可能导致更快的生长或在组织规模的协调中发挥作用，例如细胞分裂停止在大约1000个细胞
" 在接下来的研究中，作者还计划探索拓扑链接(I
e
环管)影响表面的平铺和组织尺度的动力学，正如他们先前在一项集中于16个生殖细胞的包装的研究中所做的那样
“论文中的‘森林火灾’模型本质上是拓扑的，它没有考虑到组织的空间限制，也没有考虑到正在生长的簇s如何相互作用或影响彼此的‘生长’。”伊姆兰·艾尔索斯和罗兹曼补充道
“因此，要理解这一点，需要更广泛的模型和实验测量
"
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