致密上皮单层中普适细胞形状变异性的起源

细胞形状在生物学中至关重要。平均细胞形状可影响细胞命运与分裂取向等关键生物学功能。但细胞间形状变异性常被视为噪声。相反，近期研究揭示多种上皮单层中的形状变异性遵循近乎普适的分布。然而，这种普适性的起源与含义尚不清楚。本文假设收缩性与黏附对由长宽比（AR）刻画的细胞形状至关重要，我们发展了关于形状变异性的平均场解析理论。我们发现单一参数 $\alpha$ 包含了所有系统特异性细节，描述了 AR 的概率分布函数（PDF）；这导出了 AR 标准差与均值之间的普适关系。缩放后 AR 的 PDF 并非严格但近乎普适。其函数形式与堵塞无关，与普遍看法相反，而是数学性质的结果。此外，我们获得了由参数 $\mu$ 描述的缩放面积分布。我们表明 $\alpha$ 与 $\mu$ 共同可区分改变物理条件（如成熟）对不同系统性质的影响。该理论在两种不同上皮单层模型的模拟中得到验证，并与已有实验吻合良好。我们证明在致密单层中，平均形状决定了形状变异性与动力学。我们的结果表明细胞形状变异性不可避免，其中单一参数同时描述静力学与动力学，并为分析和比较多样上皮系统提供了框架。