新しい張力誘導パラダイムは、組織応答と発育途上表皮におけるE-カドヘリンの重要性を明らかにするものである

A new tension induction paradigm unravels tissue response and the importance of E-cadherin in the developing epidermis.

• Natasha Steffi Lewis
• Geetika Chouhan
• Vivek Belapurkar
• Prateek Arora
• Sri Rama Koti Ainavarapu
• Mahendra Sonawane

抄録

表皮はメタゾウ類の最外層の上皮層であり、複数の外部刺激や自己発生する機械的刺激を受けています。成体の成体表皮では、これらの機械的ストレスに対する組織スケールの応答が活発に研究されてきた。しかし、二層構造を持つ表皮の微分張力に対する応答とその分子制御については、これまであまり知られていませんでした。ここでは、原子間力顕微鏡(AFM)と組み合わせたオイル注入法を用いて、成長中の表皮の張力を推定し、操作することを報告する。その結果、ゼブラフィッシュ胚の脳室に鉱物油を注入すると、その上にある表皮が伸びることがわかった。表皮張力はオイルの注入量に応じて直線的に増加し、14-17nLのオイルを注入すると、表皮張力は2倍に増加した。この表皮張力の増加は、細胞断面積の時間的変化と細胞増殖の増加を特徴とする生理学的反応を誘発するのに十分である。我々のデータはさらに、表皮におけるE-カドヘリンの枯渇が、機械的ストレスの増加下での組織の完全性に有害であることを示している。この実験的パラダイムをゼブラフィッシュのような遺伝的に扱いやすい生物に適用することは、発育中の表皮における張力維持のメカニズムを明らかにする上で有用であると考えられる。

The epidermis, being the outermost epithelial layer in metazoans, experiences multiple external and self-generated mechanical stimuli. The tissue-scale response to these mechanical stresses has been actively studied in the adult stratified epidermis. However, the response of the developing bi-layered epidermis to differential tension and its molecular regulation has remained poorly characterised. Here we report an oil injection based method, which in combination with atomic force microscopy (AFM), allows manipulation as well as estimation of tension in the developing epidermis. Our results show that the injection of mineral oil into the brain ventricle of developing zebrafish embryos stretches the overlying epidermis. The epidermal tension increases linearly with the injected volume of oil and the injection of 14-17 nL oil results in a two-fold increase in epidermal tension. This increase in epidermal tension is sufficient to elicit a physiological response characterised by temporal changes in the cell cross-sectional area and an increase in cell proliferation. Our data further indicate that the depletion of E-cadherin in the epidermis is detrimental for tissue integrity under increased mechanical stress. The application of this experimental paradigm in a genetically tractable organism such as zebrafish can be useful in uncovering mechanisms of tension sustenance in the developing epidermis.