整个动物界的物种在其身体的最外层与环境之间具有重要的界面。复杂的微观结构——例如人类外皮层的特征——已知以矩阵模式组装。
但这些被称为顶端细胞外基质(aECM)的复杂结构如何组装成精心编织的结构仍然是一个难以捉摸的问题。
现在，经过多年的研究和技术先进仪器的力量，加州大学圣地亚哥分校的科学家们已经解开了微小线虫中这种基质的基础。几十年来，秀丽隐杆线虫因其透明的结构而被广泛研究，研究人员可以观察其身体内部并检查其皮肤。
据《自然通讯》杂志描述，生物科学学院的研究人员现已破译了纳米级蛔虫中 aECM 模式的组合。功能强大的超分辨率显微镜有助于揭示以前未见过的与支柱相关的模式，这些模式是 aECM 正常发育和功能的关键。
“支柱就像连接矩阵不同层的小柱子，充当一种脚手架，”生物科学学院教授、该论文的资深作者安德鲁·奇泽姆(Andrew Chisholm)说。
尽管蛔虫因其简单、透明的身体而成为实验室研究的模式生物，但在表面之下，它们具有复杂的结构。它们还拥有近 20,000 个基因，与人类基因的数量没有什么不同，因此可以提供有关更高级生物体的结构和功能的课程。
研究人员将注意力集中在被称为角质层的蛔虫外骨骼上，发现支柱的缺陷会导致层不自然的肿胀，或“起泡”。在角质层内，研究重点是胶原蛋白，胶原蛋白是我们体内最丰富的蛋白质家族，有助于保持身体物质的结合。
“支柱将关键层固定在一起，”奇泽姆说。“如果没有它们，各层就会分离并导致起泡等疾病。在起泡的突变体中，你看不到任何支柱。”
传统的实验室仪器以前对支柱进行成像时没有细节，通常会产生未定义的斑点。但通过生物科学助理教授 Andreas Ernst 的实验室，他们使用了先进的仪器——称为 3D 结构照明超分辨率显微镜 (3D-SIM)——使支柱处于令人惊叹的焦点，并使其功能更容易定义。然后，研究人员能够解决支柱的纳米级组织以及角质层中先前未记录的图案水平。
“我们可以准确地看到这些蛋白质在基质中的去向，”奇泽姆说。“这可能是矩阵如何组装成非常复杂的结构和非常复杂的图案的范例。”
两位第一作者 Jennifer Adams(高级研究员)和 Murugesan Pooranachithra(博士后研究员)对这篇论文做出了同等贡献。其他合著者包括 Erin Jyo、Sherry Li Cheng、Alexandr Goncharov、Jennifer Crew、James Kramer、神经生物学教授 Yishi Jin、细胞与发育生物学助理教授 Andreas Ernst 和 Andrew Chisholm。
Sherry Cheng 是加州大学圣地亚哥分校 Triton 研究和体验式学习学者，并获得加布里埃尔·维恩豪森生物科学奖学金。
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