Nature:利用人誘導性多能幹細胞重建人體分節時鐘

2020-11-25 生物谷

2020年4月3日訊/

生物谷

BIOON/---在一項新的研究中，來自日本京都大學等研究機構的研究人員利用人誘導性多能

幹細胞

（

ips

C）重建出人體分節時鐘（segmentation clock），這是胚胎發育研究的焦點。相關研究結果於2020年4月1日在線發表在Nature期刊上，論文標題為「Recapitulating the human segmentation clock with pluripotent stem cells」。

圖片來自Kyoto University/Cantas Alev/Misaki Ouchida。

從受精卵的第一次分裂開始，複雜的蛋白和基因網絡相互作用，以構建形成器官的細胞模式。就像鐘錶上的鐘擺一樣，每一次擺動和每個節拍都需要仔細對齊以維持形成生命的節奏。但是，我們對人類早期發育的許多理解都極為有限，一個關鍵原因是缺乏能夠複製這些複雜生物過程的實驗模型。

論文共同通訊作者、京都大學人類生物學高級研究所的Cantas Alev解釋說，「比如，在人類受精大約20天後，一種稱為『體節發生（somitogenesis）』的過程開始了。這是胚胎發育出獨特的稱為'體節（somite）'的節段並決定了身體的基本節段模式的時候。體節最終有助於椎骨和肋骨的形成。」

體節的出現是由分節時鐘決定的，分節時鐘是一種控制和指導它們出現的

遺傳

振蕩器。儘管已在小鼠、小雞和斑馬魚中研究了分節時鐘基因及其在發育中的作用，但在人類中幾乎沒有關於它們的任何知識。

解決此問題的一種方法是使用

幹細胞

重建分節時鐘。在這項新的研究中，這些研究人員著手利用人

ips

C細胞形成前體節中胚層細胞（pre-somitic mesoderm, PSM），即體節的前體細胞。

Alev繼續說道，「我們首先模擬早期發育過程中活躍的信號通路。通過利用我們在胚胎學中的知識，我們成功地培育出PSM及其後代的培養物。研究以有節律的模式表達的基因不僅表明它們在五個小時內振蕩，而且還揭示了我們尋找的分節時鐘的新

遺傳

成分。」

除了簡單的基因振蕩外，這些研究人員還重現了分節時鐘的第二個特徵，即表達波。隨後，他們使用基因編輯技術評估了與脊柱變形有關的關鍵基因的功能。

不出所料，這些基因發生的突變極大地改變了分節時鐘的各個方面，包括同步和振蕩。接著，他們進一步培育出源自攜帶上述

遺傳

缺陷的患者的

ips

C細胞，鑑定出所涉及的突變並進行了校正。

這項研究展示了

ips

C細胞如何優雅地用於概括人類胚胎發育和其他複雜生物過程的各個方面。

Alev說，「和許多發育生物學家一樣，我對胚胎和胚胎發育很感興趣。複雜的器官和組織是從非常簡單的初始結構形成的，這個形成過程的優雅和美麗令人震驚。我希望重建和分析胚胎發育的許多其他方面，並擴展我們對人類和非人動物發育仍然有限的了解。」（生物谷 Bioon.com）

參考資料：1.Mitsuhiro Matsuda et al. Recapitulating the human segmentation clock with pluripotent stem cells. Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2144-9.

2.Using iPS cells to decipher the timing at the beginning of life
https://phys.org/news/2020-04-ips-cells-decipher-life.html

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