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力学所——Laplace 压力对细胞胞质分裂过程影响

2021.9.09

　　细胞的胞质分裂过程是细胞有丝分裂产生两个子细胞的最关键过程，在胞质分裂过程中细胞形态发生剧烈变化，细胞内容物快速完成分配。细胞的胞质分裂过程决定了子细胞的命运并对子细胞的生命活动与生理功能具有重要影响。胞质分裂过程异常可能导致多种疾病的发生，如癌症、神经性疾病以及血液疾病等。细胞的胞质分裂过程是一个高度依赖于力学调控的过程。已有研究结果显示，细胞进入有丝分裂过程时，细胞内外的压力差——Laplace压力可以增加到十倍以上。Laplace压力的增加促进了有丝分裂细胞的圆化，对细胞的有丝分裂过程的顺利进行具有重要意义。然后，Laplace压力对于细胞胞质分裂过程的生理意义目前尚不明确。

　　非线性力学国家重点实验室（LNM）“生物及仿生材料力学”研究团队李龙助理研究员和宋凡研究员，以Laplace压力为切入点，围绕胞质分裂过程的力学调控机制，逐层深入地开展了系统的研究工作。

　　通过改变细胞外溶液的渗透压调节胞质分裂过程中细胞的Laplace压力，并利用微管吮吸系统测出Laplace压力的变化。在此基础上，进一步研究了胞质分裂过程中细胞形态变化、细胞出泡以及细胞分裂对称性与Laplace压力的内在关联规律。研究结果表明，随着Laplace压力的增加，细胞出泡的尺寸增加，数目减少（图1A），细胞出泡在胞质分裂早期占的比例增加（图1B）。同时发现，Laplace压力越大，细胞分裂对称性越好（图1C）。利用活细胞免疫荧光技术与局部显微给药技术，揭示了细胞通过Laplace压力调控分裂对称性的机制：在胞质分裂过程中，Laplace压力通过调控细胞的出泡过程对细胞两极边界的力学性质进行调节，进而控制细胞分裂的对称性（图2）。该工作阐明了胞质分裂期Laplace压力在细胞胞质分裂过程中的生理作用，提出了一种新的调控细胞分裂对称性的力学机制，深化了对Laplace压力在细胞生命过程中发挥作用的认识。

　　该工作以“Effects of the Laplace Pressure on the Cells during Cytokinesis”发表在Cell Press旗下期刊Iscience上。中国科学院力学研究所王小环博士、李龙助理研究员为文章共同第一作者，宋凡研究员为通讯作者。该研究工作得到国家自然科学基金 (11902327, 11972041)、中国科学院青年创新促进会、中国科学院战略性先导科技专项（B类）(XDB22040102)等项目资助。