美国院士最新Nature解析基因网络调控

　　

生物通报道：来自加州大学伯克利分校分子与细胞生物学系的研究人员利用系统生物学方法，针对包含有多种保守型基因的被囊动物，分析了发育的基因调控网络结构在物种间的进化，指出了神经嵴这一关键结构的进化机制，为进一步解析物种发育进化提供了重要信息，相关成果公布在Nature杂志上。

领导这一研究的是加州大学伯克利分校分子与细胞生物学系主任Michael Levine教授，他先后在加州大学伯克利分校和耶鲁大学获得了硕士、博士学位，1991年在加州大学圣迭戈分校建立了自己的实验室并于1996年迁至加州大学伯克利分校。在过去的20多年时间里，Michael Levine教授主要致力于控制动物发育和疾病的基因调控网络的钻研，在相关领域发表的论文超过两百篇，在学术界拥有很高的声誉。由于其杰出工作，Michael Levine教授被评选为美国国家艺术与科学院院士（1996年）及美国科学院院士（1998年）。

被囊动物是最不寻常的一类生物，虽然这些小型海洋动物的成年体是典型的、湿软的无脊椎动物，但它们的幼虫形式看上去更像是脊椎动物的幼虫，它们的基因组蕴藏着无脊椎动物向脊椎动物过渡时发生的进化变化的重要线索。

早在十年前科学家们就完成了被囊动物：玻璃海鞘（Ciona intestinalis）的基因组测序，从中发现了这个基因组约有61％的基因是与其它完成测序的无脊椎动物共有的，包括线虫和果蝇等，而有5％与只在人类、小鼠和河豚基因组中发现的序列匹配。

这种动物被认为是研究神经嵴（neural crest）起源进化的理想模型，但是一些研究获得了不同的结论：有的研究表明这种细胞来自附近的神经管，而另外11种被囊动物的研究则认为这些细胞起源自中胚层两侧神经管。那么到底神经嵴是否属于非脊椎脊索动物呢？

在这篇文章中，研究人员发现玻璃海鞘具有头部黑素细胞血统，类似于能通过靶向Twist错误表达的重编程外胚间叶（ectomesenchyme）组织中的神经嵴。

研究指出，神经嵴黑素细胞调控网络早于被囊动物与脊椎动物之间的分离，因此研究人员认为譬如Twist之类的间充质决定因子之间的共选择，促进转变成神经板外胚层，是脊椎动物“新头部”出现的关键事件。

Levine教授近年来一直致力于利用系统生物学手段阐明发育的基因调控网络的结构在物种间的进化以及在物种内的精确的时空调控，此前其研究组曾鉴别了一种新的“指导细胞”，这种“指导细胞”膜电位的改变可引起干细胞后代诱发色素细胞出现黑色素样癌变。

这一新型生物电信号和新细胞类型的发现具有重要的意义，将有助于我们了解生物体协调干细胞功能，抑制肿瘤生长的机制。最终使我们能够指导细胞行为，将其运用到再生医学领域。（生物通：万纹）

原文摘要：

Identification of a rudimentary neural crest in a non-vertebrate chordate

Neural crest arises at the neural plate border, expresses a core set of regulatory genes and produces a diverse array of cell types, including ectomesenchyme derivatives that elaborate the vertebrate head1, 2. The evolution of neural crest has been proposed to be a key event leading to the appearance of new cell types that fostered the transition from filter feeding to active predation in ancestral vertebrates3. However, the origin of neural crest remains controversial, as homologous cell types have not been unambiguously identified in non-vertebrate chordates1, 4. Here we show that the tunicate Ciona intestinalis possesses a cephalic melanocyte lineage (a9.49) similar to neural crest that can be reprogrammed into migrating ‘ectomesenchyme’ by the targeted misexpression of Twist (also known as twist-like 2). Our results suggest that the neural crest melanocyte regulatory network pre-dated the divergence of tunicates and vertebrates. We propose that the co-option of mesenchyme determinants, such as Twist, into the neural plate ectoderm was crucial to the emergence of the vertebrate ‘new head’3.