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研究利用人誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞重建出人體分節(jié)時(shí)鐘
閱讀：349 發(fā)布時(shí)間：2020-4-8從受精卵的一次分裂開始，復(fù)雜的蛋白和基因網(wǎng)絡(luò)相互作用，以構(gòu)建形成器官的細(xì)胞模式。就像鐘表上的鐘擺一樣，每一次擺動(dòng)和每個(gè)節(jié)拍都需要仔細(xì)對(duì)齊以維持形成生命的節(jié)奏。但是，我們對(duì)人類早期發(fā)育的許多理解都極為有限，一個(gè)關(guān)鍵原因是缺乏能夠復(fù)制這些復(fù)雜生物過程的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>
在一項(xiàng)新的研究中，來自日本京都大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的研究人員利用人誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞（ipsC）重建出人體分節(jié)時(shí)鐘（segmentation clock），這是胚胎發(fā)育研究的焦點(diǎn)。
比如，在人類受精大約20天后，一種稱為‘體節(jié)發(fā)生（somitogenesis）’的過程開始了。這是胚胎發(fā)育出*的稱為'體節(jié)（somite）'的節(jié)段并決定了身體的基本節(jié)段模式的時(shí)候。體節(jié)終有助于椎骨和肋骨的形成。
體節(jié)的出現(xiàn)是由分節(jié)時(shí)鐘決定的，分節(jié)時(shí)鐘是一種控制和指導(dǎo)它們出現(xiàn)的遺傳振蕩器。盡管已在小鼠、小雞和斑馬魚中研究了分節(jié)時(shí)鐘基因及其在發(fā)育中的作用，但在人類中幾乎沒有關(guān)于它們的任何知識(shí)。
解決此問題的一種方法是使用干細(xì)胞重建分節(jié)時(shí)鐘。在這項(xiàng)新的研究中，這些研究人員著手利用人ipsC細(xì)胞形成前體節(jié)中胚層細(xì)胞（pre-somitic mesoderm, PSM），即體節(jié)的前體細(xì)胞。
首先模擬早期發(fā)育過程中活躍的信號(hào)通路。通過利用在胚胎學(xué)中的知識(shí)，成功地培育出PSM及其后代的培養(yǎng)物。研究以有節(jié)律的模式表達(dá)的基因不僅表明它們?cè)谖鍌€(gè)小時(shí)內(nèi)振蕩，而且還揭示了尋找的分節(jié)時(shí)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(xiàn)了分節(jié)時(shí)鐘的第二個(gè)特征，即表達(dá)波。隨后，他們使用基因編輯技術(shù)評(píng)估了與脊柱變形有關(guān)的關(guān)鍵基因的功能。
不出所料，這些基因發(fā)生的突變極大地改變了分節(jié)時(shí)鐘的各個(gè)方面，包括同步和振蕩。接著進(jìn)一步培育出源自攜帶上述遺傳缺陷的患者的ipsC細(xì)胞，鑒定出所涉及的突變并進(jìn)行了校正。
這項(xiàng)研究展示了ipsC細(xì)胞如何優(yōu)雅地用于概括人類胚胎發(fā)育和其他復(fù)雜生物過程的各個(gè)方面。
和許多發(fā)育生物學(xué)家一樣，對(duì)胚胎和胚胎發(fā)育很感興趣。復(fù)雜的器官和組織是從非常簡單的初始結(jié)構(gòu)形成的，這個(gè)形成過程的優(yōu)雅和美麗令人震驚。我希望重建和分析胚胎發(fā)育的許多其他方面，并擴(kuò)展對(duì)人類和非人動(dòng)物發(fā)育仍然有限的了解。