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NHGRI遗传发育研究人员发现细胞内部指南针的触发器

2018-12-26 10:28:38 • 来源：

虎斑猫的皮毛朝一个方向生长，非常适合宠爱。该性状是称为平面细胞极性信号传导途径的胚胎发育机制的结果。

现在，来自国家人类基因组研究所(NHGRI)研究这一途径的发育遗传学家发现，它也是在身体两侧放置器官和其他结构的关键机制。他们对脊椎动物发育中左右不对称的研究，以及平面细胞极性在启动它时的作用，出现在2010年6月20日的早期网络版“ 自然 ”杂志上。

NHGRI遗传发育研究人员发现细胞内部指南针的触发器

脊椎动物的发育需要胚胎的背侧 - 腹侧，前 - 后和左右轴的特定方向。“对于多细胞生物的发育，你必须增加细胞数量和类型，”资深作者，YingGR Yang博士，NHGRI遗传病研究分部的高级研究员解释说。“这些细胞都需要适当的极性才能知道迁移的方向，分裂和相互接触。这种方向信息对于细胞组织成具有正确形状和位置的功能器官至关重要。”

平面细胞极性是细胞和器官的内部指南针。在他们对小鼠胚胎的研究中，研究人员删除了平面细胞极性所必需的两个基因，称为梵高，如1和2(Vangl1和Vangl2)。他们观察到，在专门的胚胎发育组织者称为节点的细胞中出现的纤毛或微小毛发随机方向生长，平面细胞极性功能受损。“左右不对称总是在胚胎发育的早期确定，”杨博士说。“如果在发育的这个阶段发生错误，你会有先天性缺陷。一个很好的例子就是心脏;有一个左右心室，它们需要正确定位。”

胚胎发育始于第一次细胞分裂，形成复杂的物理结构，协调数百万个遗传编程细胞。在某些时候，必须打破早期胚胎生长的对称性。“我们找到了打破双边对称性的最早步骤，”杨博士说。“当对称性被打破时，不同侧面的细胞获得不同的行为，从而促进功能。” 研究人员观察到，平面细胞极性是允许胚胎解释前 - 后位置信息并在功能结构发展中建立左右不对称的机制。

发育生物学家已经知道左后轴是在背 - 腹和前 - 后轴之后建立的。让研究人员感兴趣的是早期胚胎如何知道何时中断或打破早期胚胎的对称性，然后确定左右不对称性。

平面细胞极性作用于称为上皮的单个细胞中的细胞，其在体内产生结构的表面。在正常发育中，上皮平面中的细胞具有相似的取向。组织区域中的个体细胞通过响应平面细胞极性而协调地发挥作用，无论是成为听觉耳朵的结构，还是呼吸的肺部衬里，或任何身体的无数器官结构 - 甚至是虎斑猫的外套。

根据杨博士的说法，这一发现对于一般发育生物学领域和研究WNT信号传导的研究人员至关重要，WNT信号传导是包括人类在内的各种生物体发育和成人生理学的关键信号传导途径。“这一发现提供了明确的遗传证据，表明WNT-平面细胞极性信号传导很重要，”杨博士说。她还期望那些研究人类遗传学并经常看到左右对称相关缺陷的人感兴趣。

“对我们的发现有很强的临床意义，”杨博士说。“如果细胞和组织没有正确的极性，可能会导致严重的发育问题。有些情况下，左右对称没有问题，但在其他情况下，它可能是致命的。”

这些发现是杨博士NHGRI实验室五年多研究的结果。除了研究中描述的个体发现外，研究人员还创建了遗传工具，包括Vang1和Vang2突变动物模型，杨博士认为这将有助于研究其他重要的胚胎发育问题。

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