力學所——Laplace壓力對細胞胞質分裂過程影響

　　細胞的胞質分裂過程是細胞有絲分裂產生兩個子細胞的最關鍵過程，在胞質分裂過程中細胞形態發生劇烈變化，細胞內容物快速完成分配。細胞的胞質分裂過程決定了子細胞的命運并對子細胞的生命活動與生理功能具有重要影響。胞質分裂過程異常可能導致多種疾病的發生，如癌癥、神經性疾病以及血液疾病等。細胞的胞質分裂過程是一個高度依賴于力學調控的過程。已有研究結果顯示，細胞進入有絲分裂過程時，細胞內外的壓力差——Laplace壓力可以增加到十倍以上。Laplace壓力的增加促進了有絲分裂細胞的圓化，對細胞的有絲分裂過程的順利進行具有重要意義。然后，Laplace壓力對于細胞胞質分裂過程的生理意義目前尚不明確。

　　非線性力學國家重點實驗室（LNM）“生物及仿生材料力學”研究團隊李龍助理研究員和宋凡研究員，以Laplace壓力為切入點，圍繞胞質分裂過程的力學調控機制，逐層深入地開展了系統的研究工作。

　　通過改變細胞外溶液的滲透壓調節胞質分裂過程中細胞的Laplace壓力，并利用微管吮吸系統測出Laplace壓力的變化。在此基礎上，進一步研究了胞質分裂過程中細胞形態變化、細胞出泡以及細胞分裂對稱性與Laplace壓力的內在關聯規律。研究結果表明，隨著Laplace壓力的增加，細胞出泡的尺寸增加，數目減少（圖1A），細胞出泡在胞質分裂早期占的比例增加（圖1B）。同時發現，Laplace壓力越大，細胞分裂對稱性越好（圖1C）。利用活細胞免疫熒光技術與局部顯微給藥技術，揭示了細胞通過Laplace壓力調控分裂對稱性的機制：在胞質分裂過程中，Laplace壓力通過調控細胞的出泡過程對細胞兩極邊界的力學性質進行調節，進而控制細胞分裂的對稱性（圖2）。該工作闡明了胞質分裂期Laplace壓力在細胞胞質分裂過程中的生理作用，提出了一種新的調控細胞分裂對稱性的力學機制，深化了對Laplace壓力在細胞生命過程中發揮作用的認識。

　　該工作以“Effects of the Laplace Pressure on the Cells during Cytokinesis”發表在Cell Press旗下期刊Iscience上。中國科學院力學研究所王小環博士、李龍助理研究員為文章共同第一作者，宋凡研究員為通訊作者。該研究工作得到國家自然科學基金 (11902327, 11972041)、中國科學院青年創新促進會、中國科學院戰略性先導科技專項（B類）(XDB22040102)等項目資助。

　　圖1 Laplace壓力對胞質分裂過程細胞出泡（A、B）、與細胞分裂對稱性（C）的影響

　　圖2 Laplace壓力調控細胞分裂對稱性的機制