研究人员发现分割时钟基因如何指导脊柱形成的节奏

胎儿发育最引人注目的阶段之一发生在先前非结构化的快速分裂前体细胞集合开始形成胚胎的脊柱时。

当这个过程进展顺利时，它为随后的许多其他开发步骤奠定了坚实的基础。否则，随之而来的生长缺陷可能会很严重。

现在，来自辛辛那提儿童医院和辛辛那提大学的一个研究小组发现了一组分割时钟基因如何指导脊柱形成的节奏。时钟基因的突变会导致人类出生缺陷，称为先天性脊柱侧凸。该团队的发现为新一波基础科学研究打开了大门，有朝一日可能会在我们全身的时钟基因不同步时进行干预。

在有脊椎的动物(包括人类)中，发育中的胚胎形成称为体节的软节段，这些节节后来形成骨椎。这些体节也引起肋骨形成和相关的背部肌肉和皮肤。

由来自辛辛那提儿童医院发育生物学系的第一作者M.FethullahSimsek博士和资深作者ErtuğrulÖzbudak博士领导的研究小组发现，分子细胞信号传导的下降会促使新片段的形成。这项工作涉及使用经过基因修饰的斑马鱼来检测关键信号变异。通过使用他们对信号的了解，研究小组能够随意在斑马鱼中生化诱导片段形成，即使斑马鱼被设计为缺乏通常控制该过程的时钟基因。

最新的工作建立在团队广泛分享的关于共​​表达基因对如何帮助推动身体分割时间的发现之上。该研究于2020年12月23日发表在《自然》杂志上。

我们认为这项研究对生物学、生物工程和计算生物学的研究人员来说很重要。了解细胞如何在特定位置形成节段边界，可以帮助研究人员了解除了早期脊柱形成之外，在胎儿发育过程中可能发生的其他畸形的起源。”

该团队证实，他们研究的信号分子从鱼类到人类都是保守的。然而，需要更多的研究来确定帮助纠正斑马鱼脊柱畸形的干预措施是否可以转化为人类。

这项研究的一个有希望的长期应用可能是它为尝试在实验室中生长分段组织(如手上的脊柱和手指)提供了指导，这表明了类器官发育的新前沿。

“从蜈蚣和甲虫到人类的广泛动物物种按顺序分割它们的身体。虽然所涉及的分子在物种之间存在显着差异，但我们的研究表明，只要时钟将其周期性标记在形态发生梯度上，仍然可以实现顺序分割，”Özbudak说.“我们预计我们的发现将通过利用信号梯度的脉动扰动来激发培养皿中重复组织组织的工程设计。”

Özbudak说：“我们希望发现迄今为止缺失的分子链具有临床相关性和可靶向性。”