新華社南京6月18日電(記者柯高陽)先天性心臟病是新生兒最常見的出生缺陷類型。我國科學(xué)家最新研究發(fā)現(xiàn),哺乳動物胚胎發(fā)育早期存在一個(gè)器官原基決定區(qū),為先天性心臟病等出生缺陷防治與再生醫(yī)學(xué)研究提供了關(guān)鍵理論基礎(chǔ)。6月18日,國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》在線發(fā)表了這一研究成果。
哺乳動物早期胚胎的細(xì)胞團(tuán)決定著心臟、肺、肝臟等器官的形成,其發(fā)育機(jī)制是生命科學(xué)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。為探究器官發(fā)育異常的深層原因,國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家、東南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授林承棋帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)對小鼠胚胎進(jìn)行單細(xì)胞空間組學(xué)分析,以捕捉器官形成的動態(tài)過程。
“空間組學(xué)分析好比是給每個(gè)細(xì)胞裝上GPS定位,記錄下空間位置信息和基因表達(dá)的特征。”林承棋介紹,這項(xiàng)研究前后歷時(shí)6年,建構(gòu)了多個(gè)覆蓋小鼠原腸運(yùn)動后期至心臟等器官原基形成期的單細(xì)胞精度三維數(shù)字胚胎,累計(jì)解析超十萬個(gè)細(xì)胞的基因表達(dá)信息。
東南大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)建構(gòu)的小鼠三維數(shù)字胚胎。(受訪者供圖)
研究發(fā)現(xiàn),小鼠胚胎發(fā)育到7.75天時(shí),胚內(nèi)-胚外交界處出現(xiàn)一個(gè)獨(dú)特的信號“洼地”——器官原基決定區(qū)(PDZ)。此時(shí)該區(qū)域緊鄰的胚內(nèi)、胚外部分分別呈高濃度的信號抑制分子和激活性配體分子,但區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)低信號活性“洼地”,表達(dá)多種受體信號基因,由此形成易于接收多胚層信號調(diào)控輸入、驅(qū)動心臟與前腸等器官原基協(xié)同發(fā)育的微環(huán)境。微環(huán)境信號被轉(zhuǎn)化為基因選擇性表達(dá)指令后,驅(qū)動心臟等器官原基形成。
“PDZ區(qū)域的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了在胚胎器官發(fā)育的關(guān)鍵窗口期,遺傳因素或環(huán)境因素對PDZ微環(huán)境的干擾可能導(dǎo)致器官原基形成異常。”發(fā)育與疾病相關(guān)基因教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授羅卓娟指出,這項(xiàng)研究首次在單細(xì)胞精度揭示了器官原基形成的時(shí)空動態(tài),為先天性心臟病等出生缺陷及相關(guān)疾病防治提供了更精準(zhǔn)的科學(xué)依據(jù),同時(shí)也為學(xué)界理解器官再生、腫瘤發(fā)生等重大科學(xué)問題提供了全新方法論。
責(zé)任編輯:白子璐
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