Marangoni-like tissue flows enhance symmetry breaking of embryonic organoids

类有机物 胚胎干细胞 马朗戈尼效应 对称性破坏 细胞生物学 旋转对称性 细胞命运测定 车身平面图 球体 形态发生 生物 物理 生物物理学 转录因子 机械 胚胎 体外 对流 量子力学 基因 生物化学
作者
Simon Gsell,Sham Tlili,Matthias Merkel,Pierre-François Lenné
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
被引量:18
标识
DOI:10.1101/2023.09.22.559003
摘要

During early development of multi-cellular animals, cells self-organize to set up the body axes, such as the primary head-to-tail axis, based on which the later body plan is defined. Several signaling pathways are known to control body axis formation. Here, we show, however, that also tissue mechanics plays an important role during this process. We focus on the emergence of a primary axis in initially spherical aggregates of mouse embryonic stem cells, which mirrors events in the early mouse embryo. These aggregates break rotational symmetry to establish an axial organization with domains of different expression profiles, e.g. of the transcription factor T/Bra and the adhesion molecule E-cadherin. Combining quantitative microscopy and physical modeling, we identify large-scale tissue flows with a recirculation component and demonstrate that they significantly contribute to symmetry breaking. We show that the recirculating flows are explained by a difference in tissue surface tension across domains, akin to Marangoni flows, which we further confirm by aggregate fusion experiments. Our work highlights that body axis formation is not only driven by biochemical processes, but that it can also be amplified by tissue flows. We expect that this type of amplification may operate in many other organoid and in-vivo systems.
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