细胞内发育脊椎的完美节奏

时间:2020-01-10 18:23 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

细胞内发育脊椎的完美节奏

根据日本研究人员的研究,在胚胎发育过程中,前脊椎细胞分裂的胚胎发育时间决定一切。在小鼠细胞中进行的一项新的实时成像技术表明,一种特定的时钟基因Hes7会在一段时间延迟的情况下振荡,从而产生脊椎动物的椎骨、脊柱和枕骨。这项发表在《自然》(Nature)杂志上的研究揭示了细胞在正常发育过程中如何控制和定时内部通讯,以及涉及哪些化合物。

在胚胎发育期间,形成神经和结缔组织的细胞排列一致,并开始表达相关基因。这个过程有规律地发生,发育生物学家称之为分割时钟。这些重复的结构沿着身体轴分布,形成脊椎和肋骨。

京都大学综合细胞材料科学研究所(iCeMS)的发育生物学家Ryoichiro Kageyama和他的同事想要了解细胞内部的协调动力学。到目前为止,这一过程只在快照中进行了研究——单个细胞的图像,而没有使用实时图像。

研究小组建立了一个系统,一个细胞一个细胞地观察时钟基因的动态。他们将一种新的荧光蛋白融合到Hes7上,并能够观察它如何在组织内的每个细胞内振荡,注意到时间延迟。他们用正常发育的小鼠和缺乏关键调控因子Lfng的小鼠做实验,发现控制正常发育的信号传递过程存在时滞。如果信号发送方缺少Lfng,则单元内的动态将不同步,如果接收方没有Lfng,则动态将变小。在这两种情况下,发展都会受到影响。在先天性脊柱侧凸病例中发现了人Lfng基因突变。

细胞内发育脊椎的完美节奏

Kageyama说:“我对细胞间通信中‘适当的’时间延迟的重要性很感兴趣——不要太快,也不要太慢。”这是违反直觉的,因为我只是认为快速沟通总是最好的。但我们捕捉到的实时图像显示了振荡网络的时滞控制机制,这些振荡网络参与了胚胎发育分裂的过程。这表明,细胞间的通信与正确的时间延迟是正常发展所必需的。

这项研究揭示了细胞内的交流是如何被控制和定时的,同时也提出了这样一种可能性,即观察到的纠正这种机制的小化合物也可以用于治疗某些先天性疾病。更广泛地说,这种延迟控制同步的思想可以应用于在自然界各种其他环境中看到的其他节奏现象,例如电振荡和化学振荡。

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