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胚胎左右发育研究的重大进展:纤毛泵决定身体不对称性

人类和其他动物的外部看起来可能对称,但内部器官却是不对称的。那么,发育中的胚胎是如何区分左右的呢?现在,Salk研究所的研究人员发现,身体左右规划的基础在于胚胎腹侧外表面上的一个微型“泵”——它能将化学信使送到身体的左侧。这个过程产生了一种化合物梯度,并以此告诉干细胞如何以及在哪里发展。这些重要发现发表在《Cell》杂志上。

东京大学的Juan Carlos Izpisúa Belmonte和同事研究了腹结——动物早期胚胎腹侧外表面上的一小块特化细胞。腹结中的每个细胞都有一个从细胞表面伸出的能快速旋转的纤毛。该研究组先前证明,这种腹结和它的转动纤毛影响左右身体的规划,但直到现在还不清楚其中的机制。

在新的研究中,Belmonte的研究组比较了小鼠、野兔和鱼胚胎中的腹结,并在所有动物中发现了一个相同的机制:这种顺时针快速旋转的纤毛活跃地将发育中胚胎右侧的液体移动到左侧。

这种由纤毛旋转运动产生的单向液流需要一种特殊的机制,因为简单的环绕运动在理论上只能产生涡旋,而不会是单向的“水流”。

在接下来的3年中,研究组利用数学建模、高速视频录像和电子显微镜手段解开了这个谜团。研究人员发现,纤毛能产生液流的原因在于它们以40度角搅动,而不是像一把旋转的阳伞。

研究组怀疑,这种纤毛泵的目的可能是将信号蛋白集中到胚胎的左侧。因此,这种运动造成了一种化合物梯度,而这种梯度能告诉发育中的细胞它们在身体中的左侧还是右侧。通过用荧光标签标记蛋白质,研究人员发现这种纤毛泵能够运输小分子的化学信号蛋白。它耗费大约4秒的时间让测试蛋白跨过针头大小的原始胚胎。

接下来,研究人员将确定与这种左右“液流”有关的化学信使,并破译它们携带的信息。

(责任编辑:泉水)