科學(xué)家首次在生物體外創(chuàng)建3D模型：人類脊柱發(fā)育的起源
人類脊柱發(fā)育的起源
科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室展示了細(xì)胞結(jié)構(gòu)是如何形成的，這些結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了我們的脊柱。
脊柱，是所有脊椎動(dòng)物骨骼的中心支撐結(jié)構(gòu)。脊柱由人類33根脊椎組成，為肌肉提供了附著的地方，同時(shí)也保護(hù)了脊髓和神經(jīng)根。
現(xiàn)在，分子生物學(xué)家首次在生物體外創(chuàng)建了3D模型，該模型模擬了在人類胚胎發(fā)育過程中產(chǎn)生脊柱的前體結(jié)構(gòu)如何形成，這個(gè)過程被稱為細(xì)胞生成。他們的新研究已發(fā)表在《自然通訊》上。
人類脊椎由一對(duì)稱為smites的前體結(jié)構(gòu)形成——細(xì)胞的重復(fù)片段，也會(huì)產(chǎn)生我們的肋骨和骨骼肌——它們的發(fā)育受到嚴(yán)格調(diào)節(jié)，以確保這些結(jié)構(gòu)的正確形成。
每對(duì)母體在胚胎發(fā)育的特定順序時(shí)間點(diǎn)形成；這個(gè)過程在受精后第20天左右開始。
這個(gè)過程被稱為溶血生成，由分割時(shí)鐘控制，分割時(shí)鐘是一組產(chǎn)生分子振蕩波的基因，每5-6小時(shí)在人類中達(dá)到峰值活動(dòng)。每波都會(huì)產(chǎn)生一對(duì)新的；總共形成了大約40對(duì)。
西班牙巴塞羅那歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室（EMBL）的博士后研究員Marina Sanaki-Matsumiya說：“這是我們第一次能夠定期創(chuàng)造出與實(shí)驗(yàn)室分割時(shí)鐘相連的人類成熟母體”。
該團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)了人類誘導(dǎo)的多功能干細(xì)胞（hiPSC），這些干細(xì)胞能夠分化成人體的任何細(xì)胞類型，其中存在誘導(dǎo)細(xì)胞分化的信號(hào)分子的混合物。
三天后，當(dāng)細(xì)胞開始拉長(zhǎng)并產(chǎn)生前（上）和后（下）軸時(shí)，它們將Matrigel添加到混合物中。Matrigel含有對(duì)許多發(fā)育過程至關(guān)重要的蛋白質(zhì)組合。
這最終導(dǎo)致了類人猿的形成——體外等價(jià)于人類索米特前體結(jié)構(gòu)。
為了測(cè)試分割時(shí)鐘是否調(diào)節(jié)這些肌細(xì)胞的細(xì)胞生成，研究人員監(jiān)測(cè)了參與該過程的核心基因HES7的表達(dá)模式。他們發(fā)現(xiàn)了該基因在振蕩周期中表達(dá)的明確證據(jù)，特別是在細(xì)胞生成即將開始時(shí)。
該研究還顯示了mites的大小與分割時(shí)鐘之間的聯(lián)系。
“產(chǎn)生的體大小恒定，與用于初始肌樣體的細(xì)胞數(shù)量無關(guān)”。“即使最初的單元格數(shù)增加了，smite大小也沒有增加。
“這表明，這些物種具有首選的物種特異性大小，這可能由細(xì)胞相互作用、分割時(shí)鐘或其他機(jī)制決定”。
為了進(jìn)一步研究這一點(diǎn)，研究人員現(xiàn)在正計(jì)劃種植不同物種的類人猿并進(jìn)行比較。
EMBL的合成發(fā)育生物學(xué)家Miki Ebisuya說：“我們的下一個(gè)項(xiàng)目將專注于從不同物種中創(chuàng)造類人猿，測(cè)量它們的細(xì)胞增殖和細(xì)胞遷移速度，以確定物種之間的細(xì)胞生成和差異”。
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