深圳子科生物報道：京都大學(xué)（Kyoto University）的研究人員利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）重構(gòu)了人體“分節(jié)時鐘segmentation clock”，這是胚胎發(fā)育研究的重點。

這一成果公布在4月1日的Nature雜志上

從受精卵的第1個部分開始，一個復(fù)雜的蛋白質(zhì)和基因網(wǎng)絡(luò)相互作用，構(gòu)建形成了我們器官的細(xì)胞模式。就像鐘擺一樣，每個擺動和脈沖都需要仔細(xì)對齊，保持形成生命的節(jié)奏。

但是，人類早期發(fā)育還有許多未解之謎，一個關(guān)鍵原因是缺乏能夠復(fù)制這些復(fù)雜生物過程的實驗?zāi)Ｐ汀?/p>

京都大學(xué)研究小組負(fù)責(zé)人Cantas Alev解釋說：“例如，在人類受精后約20天，即發(fā)生了所謂的‘體節(jié)發(fā)生（Somitogenesis）’的過程。這是胚胎發(fā)育出‘somites’的明顯節(jié)段，確定身體的基本分段模式的時候。” “ Somiteszui終有助于椎骨和肋骨的形成。”

體節(jié)的出現(xiàn)是由“分節(jié)時鐘”決定的，這個時鐘也就是控制和指導(dǎo)somites的遺傳振蕩器。盡管科學(xué)家們已經(jīng)在小鼠，雞和斑馬魚中研究了分節(jié)時鐘基因及其在發(fā)育中的作用，但對人體中它的作用依然一無所知。

解決這個問題的一種方法就是使用干細(xì)胞重建時鐘。在Nature雜志上發(fā)表的論文中，京都大學(xué)的研究團(tuán)隊利用人體iPS細(xì)胞形成“前體中胚層”，即Somites的前體細(xì)胞。

“我們從模仿早期發(fā)育過程中活躍的信號通路開始。運(yùn)用在胚胎學(xué)中的知識，成功地產(chǎn)生了前體中胚層（PSM）及其后代的培養(yǎng)物，” Alev說道， “研究有節(jié)奏的模式表達(dá)的基因不僅表明它們振蕩了五個小時，而且還揭示了我們尋找的分節(jié)時鐘的新遺傳成分。”

除了簡單的基因振蕩，研究小組還復(fù)制了分節(jié)時鐘的第二個標(biāo)志，即表達(dá)“波”。然后，他們使用基因編輯技術(shù)評估了與脊柱變形有關(guān)的關(guān)鍵基因的功能。

不出所料，這些基因的突變極大地改變了分節(jié)時鐘的各個方面，包括同步和振蕩。之后研究人員進(jìn)一步從患有上述遺傳缺陷的患者體內(nèi)獲得了iPS細(xì)胞，確定了所涉及的突變，并進(jìn)行了糾正。

這項研究表明，iPS細(xì)胞可以用于闡述人類胚胎發(fā)育和其他復(fù)雜生物過程的各個方面。

“像許多發(fā)育生物學(xué)家一樣，我著迷于胚胎和胚胎發(fā)育。人體通過非常簡單的初始結(jié)構(gòu)形成復(fù)雜的器官和組織，這令人震驚。我希望重建和分析胚胎發(fā)育的許多其他方面，擴(kuò)大我們的研究范圍。”