最新研究揭示哺乳動物胚胎早期器官發(fā)育“密碼”
更新時間：2025/6/19 9:47:39 來源：新華社CNML文字
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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)域的重點研究方向。為探究器官發(fā)育異常的深層原因，國家重點研發(fā)計劃項目首席科學(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�！绷殖衅褰榻B，這項研究前后歷時6年，建構(gòu)了多個覆蓋小鼠原腸運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，累計解析超十萬個細(xì)胞的基因表達(dá)信息。
研究發(fā)現(xiàn)，小鼠胚胎發(fā)育到7.75天時，胚內(nèi)-胚外交界處出現(xiàn)一個獨特的信號“洼地”——器官原基決定區(qū)（PDZ）。此時該區(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�！卑l(fā)育與疾病相關(guān)基因教育部重點實驗室教授羅卓娟指出，這項研究首次在單細(xì)胞精度揭示了器官原基形成的時空動態(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。
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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)域的重點研究方向。為探究器官發(fā)育異常的深層原因，國家重點研發(fā)計劃項目首席科學(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�！绷殖衅褰榻B，這項研究前后歷時6年，建構(gòu)了多個覆蓋小鼠原腸運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，累計解析超十萬個細(xì)胞的基因表達(dá)信息。
研究發(fā)現(xiàn)，小鼠胚胎發(fā)育到7.75天時，胚內(nèi)-胚外交界處出現(xiàn)一個獨特的信號“洼地”——器官原基決定區(qū)（PDZ）。此時該區(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�！卑l(fā)育與疾病相關(guān)基因教育部重點實驗室教授羅卓娟指出，這項研究首次在單細(xì)胞精度揭示了器官原基形成的時空動態(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。
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