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在10月10日在线版《自然》杂志网络版上,来自英国伦敦大学学院的胚胎学家报道说,他们解决了一个困扰科研人员一个多世纪的胚胎学谜团。他们发现了在胚胎发育最初阶段帮助包括人类在内的高级生物从低级生物(例如鱼类)中分离出来的关键机制。 发育最初期,很多未分化
生物通报道:在10月10日在线版《自然》杂志网络版上,来自英国伦敦大学学院的胚胎学家报道说,他们解决了一个困扰科研人员一个多世纪的胚胎学谜团。他们发现了在胚胎发育最初阶段帮助包括人类在内的高级生物从低级生物(例如鱼类)中分离出来的关键机制。
发育最初期,很多未分化细胞构成的胚胎首先需要确定如何排列,以最终形成完全发育的身体。这一过程称为“原肠胚形成”。
原肠胚是处于囊胚不同部位的细胞通过细胞迁移运动形成的。囊胚外部的细胞通过不同方式迁移到内部,围成原肠腔或称原肠,留在外面的细胞形成外胚层,迁移到里面的细胞形成内胚层。原肠腔的开口称为胚孔或原口,此时的胚胎称为原肠胚。原肠胚形成的过程确定了胚胎的基本模式。三胚层动物的原肠胚,除了内外胚层之外还在其间形成中胚层,中胚层原基的形成也是细胞迁移运动的结果。
内、中、外三个胚层的形成,基本奠定了组织和器官的基础。对于脊椎动物而言,尽管由于卵黄含量不同使卵裂方式不同而形成了不同类型的囊胚,但将来形成各种器官的胚胎细胞在这时的分布情况大致相同。
在高等脊椎动物(例如哺乳动物和鸟类)中,中胚和内胚层在胚胎中心的轴部产生。但是在低等动物(例如两栖类和鱼类)中,这两个胚层沿着胚胎边缘产生。
利用鸡卵和能反应细胞三维移动的最新成像设备,该研究组研究人员揭示出高等脊椎动物和低等动物之间原肠胚形成的差异。他们发现高等脊椎动物在胚胎中间形成轴的原因在于进化中它们需要新的“细胞插入”机制。该小组还发现了胚胎用以控制这些细胞移动的分子。
关于高等脊椎动物和低等脊椎动物胚胎发育的区别,科研人员已经思考了一个多世纪。这项研究的发现将有助于解释胚胎简单的细胞结构如何形成各种高度复杂的物种身体。
研究负责人Claudio Stern教授表示,发现高等和低等物种的胚胎发育之间存在明显的区别非常重要,这意味着高等脊椎动物是在动物进化的较晚期发展出的这种机制。在人类中,以上过程发生于胚胎发育的第3周。
另外,在今年年初,剑桥大学研究人员发现从仅有4个细胞的早期阶段开始,小鼠的细胞在细胞命运上就有所不同了,当时认为可能存在一种外成机制(即非DNA编码的机制),而现在事实证明的确是这样。在只有4个细胞的小鼠分裂球中的组蛋白H3的差异性外成修饰(某些精氨酸的甲基化)改变了胚胎细胞的命运,并且能将一个细胞保持在一种多能状态。这种发现颠覆了长期以来一直占统治地位的理论:认为哺乳动物胚胎细胞在形成“里面的”细胞和“外面的”细胞之前都是一样的假设。研究结果刊登于1月11日《自然》杂志。
受精后,胚胎细胞最初的发育命运是相同的,不均等、不对称会导致分裂出的较小的细胞向胚胎内部移动,形成干细胞内细胞团。先前,研究人员一直认为哺乳动物的胚胎发育开始于同样的细胞,只有“里面的”细胞和“外面的”细胞之分。然而,剑桥大学Magdelena Zernicka-Goetz教授带领的研究小组发现在细胞分化为“内部的”和“外部的”之前的4细胞期,胚胎细胞即已经具有差异性,并且这些差异依赖于胚胎第一次分裂的方向和顺序。
Zernicka-Goetz说:“我们的发现很奇怪,哺乳动物胚胎分化事件出现的要比我们所预期的还要早,他们告诉我们怎样对胚胎细胞进行操作,以发挥胚胎中干细胞的天然状态。”
研究还发现细胞命运和转录活性决定于组蛋白H3的甲基化,组蛋白H3修饰的程度越高,哺乳动物胚胎细胞越倾向于发展为“内部的细胞”(具有干细胞样特征)。研究人员认为对小鼠早期胚胎中这些蛋白的表观信息进行操作,能够影响细胞的发育命运。(生物通雪花)生物通 版权所有