胚胎發育速度由誰決定？

2020-09-22 科技工作者之家


為什麼有些動物的孕期比其他物種長？近日研究人員發現了控制胚胎發育速度的「時鐘」——蛋白質的製造與分解。這項發表在《科學》上的研究可以幫助我們了解不同哺乳動物是如何進化的，並有助於改進再生醫學方法。

所有哺乳動物從胚胎到成年都遵循相同的步驟。這些步驟順序相同，參與其中的基因及分子信號也相似。然而，其進展速度因物種而異。例如，控制肌肉運動的神經細胞運動神經元在小鼠身上發育成熟大約需要三天，而在人類身上則需要一周多的時間。

為了解控制不同物種發育速度的背後機制，文章第一作者、英國弗朗西斯克裡克研究所的研究人員Teresa Rayon和同事在實驗室利用胚胎幹細胞培養出運動神經元，以便在不受胚胎內環境影響的情況下對細胞發育進行計時。

通過比對小鼠幹細胞和人類幹細胞，他們發現了這兩個物種在細胞發育速度上的差異——人類運動神經元形成所需時間是老鼠運動神經元的兩倍多。

研究人員認為答案一定在於細胞本身，他們將人類DNA序列導入小鼠細胞以核證基因是否與此有關，但答案是否定的。相反，研究人員發現，蛋白質分解及轉換的速度差異解釋了兩個物種之間細胞發育速度的差異。蛋白質在細胞中不斷地被製造和分解，這一過程在小鼠細胞中的進展速度是在人類細胞的兩倍，而小鼠細胞中蛋白質轉換速度更快是運動神經元形成速度更快的原因。

Teresa Rayon認為：蛋白質在人類胚胎內比在老鼠胚胎內更穩定，這是人類發育速度更慢的原因。

找到控制細胞發育速度的機制對於再生醫學和病理理解有著重要意義。通過調節幹細胞的發育速度，科學家們能夠改進特定類型細胞（用於實驗或治療）的生產流程，也可以獲取癌症研究的新思路。

研究小組負責人James Briscoe表示：「這種發育的異時性對於不同物種體型及大小差異有著重大意義。因此，了解胚胎發育速度背後的調控機制，也可以幫助我們更進一步了解不同物種的進化史。」

科界原創

編譯：小貝

審稿：西莫

責編：陳之涵

期刊來源：《科學》

期刊編號：0036-8075

原文連結：https://www.sciencedaily.com/releases/2020/09/200917181310.htm

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