通过解决细胞骨架不稳定性实现稳健的细胞质分配

脊椎动物和昆虫的早期发育关键依赖于将受精卵的细胞质稳健地重组为独立的细胞。这一复杂过程由横穿胚胎的大型微管结构所协调，将细胞质划分为物理上不同且稳定的区室。尽管胚胎发育具有稳健性，我们在此揭示了由微管细胞骨架驱动的细胞质分配的内在不稳定性。通过结合细胞质提取物实验和体内实验，我们发现胚胎通过两种不同的机制来规避这种不稳定性：要么匹配细胞周期时长与不稳定性展开所需的时间，要么限制微管成核。这些调控机制产生了两种可能的填充细胞质的策略，我们分别在斑马鱼和果蝇胚胎中进行了实验验证。在斑马鱼胚胎中，不稳定的微管波从第一次分裂开始填充整个胚胎的几何结构。相反，在果蝇胚胎中，由于微管成核减少而产生的稳定微管星体在多次分裂过程中逐渐填充细胞质。我们的结果表明，微管动力学的时间控制可能驱动了物种特异性有效细胞质组织机制的进化出现。此外，我们的研究揭示了物理不稳定性和生物钟之间的基本协同作用，发现了生物系统中快速、稳健和高效空间排序的普遍策略。