Nature胚胎发育研究重大成果：重建人体发育时间

利用iPS破译生命初期的时间契机。

　　

京都大学（Kyoto University）的研究人员利用诱导多能干细胞（iPSC）重构了人体“分节时钟segmentation clock”，这是胚胎发育研究的重点。

这一成果公布在4月1日的Nature杂志上

从受精卵的第一个部分开始，一个复杂的蛋白质和基因网络相互作用，构建形成了我们器官的细胞模式。就像钟摆一样，每个摆动和脉冲都需要仔细对齐，保持形成生命的节奏。

但是，人类早期发育还有许多未解之谜，一个关键原因是缺乏能够复制这些复杂生物过程的实验模型。

京都大学研究小组负责人Cantas Alev解释说：“例如，在人类受精后约20天，即发生了所谓的‘体节发生（Somitogenesis）’的过程。这是胚胎发育出‘somites’的明显节段，确定身体的基本分段模式的时候。” “ Somites最终有助于椎骨和肋骨的形成。”

体节的出现是由“分节时钟”决定的，这个时钟也就是控制和指导somites的遗传振荡器。尽管科学家们已经在小鼠，鸡和斑马鱼中研究了分节时钟基因及其在发育中的作用，但对人体中它的作用依然一无所知。

解决这个问题的一种方法就是使用干细胞重建时钟。在Nature杂志上发表的论文中，京都大学的研究团队利用人体iPS细胞形成“前体中胚层”，即Somites的前体细胞。

“我们从模仿早期发育过程中活跃的信号通路开始。运用在胚胎学中的知识，成功地产生了前体中胚层（PSM）及其后代的培养物，” Alev说道， “研究有节奏的模式表达的基因不仅表明它们振荡了五个小时，而且还揭示了我们寻找的分节时钟的新遗传成分。”

除了简单的基因振荡，研究小组还复制了分节时钟的第二个标志，即表达“波”。然后，他们使用基因编辑技术评估了与脊柱变形有关的关键基因的功能。

不出所料，这些基因的突变极大地改变了分节时钟的各个方面，包括同步和振荡。之后研究人员进一步从患有上述遗传缺陷的患者体内获得了iPS细胞，确定了所涉及的突变，并进行了纠正。

这项研究表明，iPS细胞可以用于阐述人类胚胎发育和其他复杂生物过程的各个方面。

“像许多发育生物学家一样，我着迷于胚胎和胚胎发育。人体通过非常简单的初始结构形成复杂的器官和组织，这令人震惊。我希望重建和分析胚胎发育的许多其他方面，扩大我们的研究范围。”

（生物通）

原文标题：

Recapitulating the Human Segmentation Clock with Pluripotent Stem Cells