时间就是一切!Nature首次发现精确调控发育时间的关键基因

  时间就是一切!Nature首次发现精确调控发育时间的关键基因

  对于胚胎发育来说,时间就是一切。京都大学的一组研究人员利用小鼠细胞中的一项新活体成像技术,发现了特定的“时钟基因” ——Hes7会随时间而振荡,从而在脊椎动物中产生椎骨,脊柱和枕骨。

  这一发现公布1月8日的Natue杂志上,揭示了细胞的内部通讯在正常发育中是如何被控制和定时的,以及这个生理过程涉及哪些化合物。

  在胚胎发育过程中,会形成神经和结缔组织的细胞排列在一起,开始表达相关基因。这个过程具有规则的节奏时序,发育生物学家将其称为分段时钟(segmentation clock)。形成的重复结构沿身体轴线分布,并产生椎骨和肋骨。

  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及其同事想了解细胞内的协调动力学。到目前为止,科学家们还只是通过细胞中单个图像,但没有实时图像研究此过程。

  该团队建立了一个系统,逐个细胞查看时钟基因的动态。他们将一种新型的荧光蛋白融合到Hes7上,并观察到它在组织内每个细胞中的振荡方式,并发现了时间的延迟。

  研究人员使用正常发育的小鼠和失去关键调节因子Lfng的小鼠进行研究,发现控制正常发育的信号传导过程存在时间延迟。在信号发送器缺少Lfng的情况下,细胞内的动态不同步,如果接收器不具有Lfng,则动态会变小。在这两种情况下,动物发育都会受到影响。此前在先天性脊柱侧凸的病例中曾发现了人类Lfng基因内的突变。

  Kageyama说:“我觉得在细胞间通讯中存在适当的时间延迟,这非常重要,这意味着不要太快,不要太慢。” “但这是违反直觉的,因为之前我们简单地认为快速交流始终是最好的。但是,现在我们捕获的实时图像显示出了沿着胚体发育区域参与的振荡网络的时延控制机制。这表明具有正确时间延迟的细胞间通讯,对于正常发育至关重要。”

  这项研究揭示了如何控制和定时细胞内的通讯,并指出能提高观察到的纠正这种机制的小化合物,也可用于治疗某些先天性疾病。更广泛地讲,这种延迟控制同步的思想可以应用于自然界中各种其他情况下看到的其他节奏现象,例如电和化学振荡。

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