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肌肉三维组态的形成机制

吴晓珊  
【摘要】:背景与目的 组态是自然界事物中固有的、随机发生的秩序,组态形成的过程被称为组态形成。组态形成的机制一直是生物学界的难题,学者们对于干细胞如何自发构建成为组态结构有序的组织器官知之甚少。对于肌肉组织而言,其常以肌肉群的形式存在,众多肌肉束纵横交织,形成了特定的三维组态结构。然而目前对于肌肉三维组态形成机制的研究尚少,没有明确的结论。 羽毛肌是一种特殊的平滑肌,其位于禽类真皮层内,连接羽毛毛囊成为网状结构。每个毛囊下方的肌肉分为下降肌与提升肌,肌肉束高低交错,形成复杂的三维组态。这种复杂的组态在胚胎时期便已形成,然而目前对于羽毛肌尚限于解剖学的研究,对于胚胎时的组态及组态形成的过程均无人知晓。 本研究以羽毛肌的组态形成为研究对象,旨在发现肌肉三维组态的形成过程,阐明组态形成的机理,从中总结出普遍的规律,给予其它类型肌肉或其它器官的组态形成的研究提供指导意义。 方法 本研究首先通过荧光免疫组织化学的方法全程观察了胚胎羽毛肌从无到有的发育过程;然后通过羽毛芽重排、重组及重建实验来阐明肌肉组态的建立与周围环境的关系;接着通过体外皮肤培养及张力实验证明生物机械张力在肌肉组态形成中的重要作用;最后通过免疫组化及抗体中和实验证明整合素β1在肌肉与韧带细胞连接过程中发挥着重要作用。 结果与结论 1.荧光免疫组织化学染色发现,羽毛肌以羽毛芽为参照点建立连接,不同区域的肌肉组态有很大差异,Tenascin-C(TN-C)分子表达在羽毛肌韧带组织中。在全程观察羽毛肌三维组态的建立过程后,发现了以下原则:1)TN-C在羽毛芽下方有四个主要表达域,均与肌肉相连,表达域总是早于肌肉细胞出现;2)不同的表达域的周围发出放射状的肌肉纤维,初始时连接位点不确定,率先与邻近羽毛芽建立连接的纤维主导了整条肌肉的方向;3)不同的表达域发出肌纤维的时间不一致,时间上的先后顺序是保证羽毛肌高低交错的重要因素。 2.荧光免疫组织化学染色发现在外培养的环境中,羽毛肌肉可以继续发育并建立组态;羽毛芽重排及重组显示,羽毛肌肉总是与邻近的羽毛芽建立连接,羽毛芽之间的相对位置影响羽毛肌肉的连接位点及组态;羽毛肌以个体羽毛芽为单位,其方向与极性与羽毛芽的指向保持一致;羽毛芽重建实验显示,羽毛肌可以在重建皮肤中发育并建立组态,羽毛肌的组态不是预先决定的,而是适应于羽毛芽的位置及排列;羽毛芽下方的羽毛肌肉束之间可能没有本质上的身份差别。综上,羽毛肌的组态形成适应于周围的环境。 3.胶原胶皮肤培养系统及张力作用系统可用来培养鸡胚皮肤并施加张力作用,是一种良好的研究模型;胚胎皮肤在发育中具有内缩的趋势,正常发育中的生长扩张依赖于本身的收缩力与外张力的平衡;皮肤内外张力的平衡影响了羽毛肌的分化及组态;皮肤所受的外张力引导肌肉纤维生长方向及分布;皮肤中分布的生物张力线影响羽毛肌肉的宏观组态;TN-C的组态受生物机械张力的调控,TN-C的表达域为肌肉细胞提供附着位点。综上,生物机械张力是羽毛肌适应性组态建立的重要因素。 4.肌肉细胞表达着Integrin beta-1, TN-C可能通过受体Integrin beta-1在肌肉细胞连接过程中发挥作用,当Integrin beta-1分子功能受抑制后,TN-C与羽毛肌肉的组态发生巨大变化,肌肉连接受抑制。


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