頂端細胞外基質

頂端細胞外基質（aECM）廣泛存在於動物界，它們可以形成多種結構，在調節生物與其環境之間的相互作用中，發揮著關鍵的作用。許多aECM顯示出複雜的三維結構，並且在微觀以及奈米尺度上都具有複雜的圖案。

目前，一些已經被充分研究的aECM的例子包括線蟲的膠原角質層、節肢動物的幾丁質角質層等。科學家已經知道，在某些情況下，aECM的模式與下層上皮的細胞骨架模式直接相關。但總的來說，人們對於aECM中複雜的模式是如何產生的了解甚少。

現在，一項新發表在《自然通訊》雜誌上的研究報告稱，一個科學家團隊利用先進的成像儀器，在經過多年的努力後，終於在一種微小的線蟲身上揭示了這些基質的基礎。

解碼關鍵的「撐杆」

秀麗隱杆線蟲（Caenorhabditis Elegans）是實驗室研究的模型生物，數十年來一直被廣泛研究。由於它們有著極其簡單、透明的身體，研究人員可以較為輕易地窺視其身體內部並檢查其皮膚。

與此同時，在這些簡單動物的表面之下，它們也具有複雜的結構，並擁有近2萬個基因，與人類基因的數量差不多，因此研究這些線蟲，可以為了解更高級的生物的結構和功能提供線索。

在新的研究中，研究人員在奈米尺度上，破譯了秀麗隱杆線蟲體內的aECM模式的聚集。他們通過使用一種超級強大的高解析度顯微鏡，揭示了前所未見的與「撐杆」（strut）相關的模式，並得出結論認為：在aECM的正常發育和功能行使方面，撐杆發揮了關鍵作用。

在成年秀麗隱杆線蟲的角質層中，每一層都是由撐杆連接的。撐杆就像是一個個小柱子，連接了基質的不同層，起到了支架的作用。

現實了「撐杆」（綠色）和膠原蛋白（洋紅）的3D圖像。（圖/ucsd.edu）

在新的研究中，研究人員聚焦在秀麗隱杆線蟲的外骨骼上，或者說角質層上。他們發現，撐杆上的缺陷會導致充滿液體的內側角質層腫脹，或者說「起泡」。

在角質層內，他們將重點聚焦在膠原蛋白上，這是動物體內最豐富的一類蛋白質，有助於保持身體物質的結合。撐杆將關鍵的層都連接在一起。沒有這些撐杆，這些不同的層就會分離，導致起泡等問題。在顯微鏡下，研究人員觀察到，在出現了起泡的突變體中，看不到任何撐杆的身影。

新的研究範例

這一成果得益於研究人員所使用的3D結構光照明超分辨顯微成像技術，它能夠以令人驚歎的程度聚焦在撐杆上，並使得研究人員能夠更輕易地解讀撐杆的功能。在此之前，傳統的實驗室儀器無法對撐杆進行詳細成像，經常導致一些未知的斑點出現在畫面中。

超分辨顯微鏡下的兩種被標記為紅色和綠色的線蟲膠原蛋白。（圖/ucsd.edu）

他們在奈米尺度上對撐杆的結構和此前未知的角質層的圖案進行了解析。研究人員表示，在這項研究中，他們可以準確地看到這些蛋白質在這些基質中的去向。這一成果或許是關於基質是如何組裝成非常複雜的結構和非常複雜的圖案的範例研究。

#創作團隊：

編譯：糖獸

排版：雯雯

#參考來源：

https://today.ucsd.edu/story/inside-the-matrix-nanoscale-patterns-revealed-within-model-research-organism

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43058-9

#圖片來源：

封面圖&首圖：ucsd.edu