科学家们已经知道，当小鼠胚胎发育时，将成为其脊柱和肌肉的细胞会以同步的方式反复打开和关闭特定的基因。然而，关于这些细胞如何同步存在深刻的谜团。FMI研究人员现在已经开发了一个数学模型，不仅可以更好地解释发育中的小鼠胚胎中如何产生自发同步，而且还可能提供一些关于其他生物系统如何同步的基本线索。
从萤火虫一起闪烁到观众的掌声落入节拍，再到神经元同步发射，生活提供了许多跨人群自发同步的例子。例如，在发育中的小鼠胚胎中，跨细胞的基因表达模式的同步波驱动组织段的形成，然后发育成椎骨和骨骼肌。虽然目前同步系统的首选模型已经捕获了这一过程的基本机制，但它无法解释细胞交换的信息以及细胞如何处理它们获得的信息。
科学家们提出了几种可能性：一个细胞可能会减慢其基因表达的浪潮，而另一个细胞会加速它，因此最终它们的基因表达周期将同步。但由Charisios Tsiairis领导的研究人员发现，一种不同的机制开始发挥作用。研究小组发现，一个细胞发送一个分子信号，“告诉”另一个细胞暂停其基因表达周期，直到信号发送细胞到达周期的相同阶段。一旦信号发送细胞赶上，两个细胞将开始同步激活基因。
允许细胞交流的分子信号是Notch，这是一种跨越细胞膜并调节许多过程的保守蛋白质，包括细胞增殖和死亡。Notch通过与另一种称为Delta的蛋白质相互作用将信号从相邻细胞的外部传递到相邻细胞的内部，该蛋白质位于相邻细胞的表面。
“拥有Delta的细胞只发送信息，而拥有Notch的细胞只接收信息，”Tsiairis说。“这就像两个人使用对讲机：当一个人发送消息时，另一个人可以接收消息，但不能同时发送任何信息。
这一发现在《发育细胞》中有详细说明，源于FMI的科学家格雷戈里·罗斯(Gregory Roth)开发的数学模型。Georgios Misailidis是Tsiairis实验室的前博士生，然后验证了该模型在小鼠胚胎组织中的预测。
“我们的模型告诉我们，如果你想同步细胞，你必须玩Notch信号的脉冲，”Tsiairis说。
这些发现不仅可以帮助科学家操纵发育中的胚胎中的细胞同步，还可以为其他生物系统(如神经网络)如何同步提供一些基本线索，从而为研究和医学开辟了多种可能性。
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