Science发现肠道器官形成的秘密

【字体: 时间:2022年09月27日 来源:Science

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  一项新的研究发现,发育过程中的肠道旋转是由一种叫做Pitx2的转录因子的两波表达协调的。事实证明,第二波是由固定肠管的弹性组织内的机械线索触发的,随后成为供应肠管的血液和淋巴管的导管。

  

我们的内脏和所有器官在体内以左右不对称的模式排列,以便一切都能契合。

与此同时,像肠道这样的器官的发育绝不是偶然的。在健康的胚胎中,肠道在发育过程中的旋转总是逆时针方向发生的,而且是完美的时间。这是一个复杂的过程,科学家们一直在努力理解。

现在,9月23日发表在《科学》杂志上的一项研究发现,发育过程中的肠道旋转是由一种名为Pitx2的转录因子的两波表达所协调的。事实证明,第二波是由固定肠管的弹性组织内的机械线索触发的,随后成为供应肠管的血液和淋巴管的导管。

这些发现对理解器官形成的基本机制具有重要意义,有助于诊断和预防出生缺陷,如肠道旋转不良和肠扭转,这两种情况下,发育中的肠道会扭曲并自我窒息。

该研究的资深作者娜塔莎·库尔皮奥斯(natasha Kurpios)说:“整个胃肠道是一根管子,吸收我们所有的营养,它非常巨大,所以它必须在我们的身体里打环。”库尔皮奥斯实验室的博士生Bhargav D. Sanketi是这篇论文的第一作者。

“我们多年前就发现,循环是高度保守的,而且非常非常规范,”Kurpios说。

事实证明,心脏、肝脏、肺和肠道等器官的位置都是不对称的——位于身体的一侧,或横跨左右两侧,但不在中心位置。了解肠道是如何形成左右不对称的,可以揭示在其他器官(如心脏)中发现的发育模式。

此前的研究表明,一种名为node的基因诱导了Pitx2的第一波基因,以建立早期的身体计划。但Nodal的存在是短暂的,一旦它刺激了Pitx2的表达,它就会在肠道旋转发生之前消失。因此,在很长一段时间内,人们都不知道当淋巴结消失时,Pitx2是如何保持活性来指导肠道旋转的。库尔皮奥斯说:“我们的第一个惊喜是,当肠管准备循环时,Pitx2的表达实际上消失了,然后又恢复了。所以问题是,是什么唤醒了Pitx2 ?”

研究人员发现,一种名为tgf - β的传感器潜伏在体内,直到被机械力激活。就肠道而言,这是由肠系膜背部决定的,背部肠系膜与肠管相连并将其固定在适当的位置。为了引导旋转,肠系膜背侧组织右侧显著扩张,左侧紧实。当它这样做的时候,TGF-beta会感知到这些变化的力量,并激活第二波Pitx2的表达,从而刺激肠管循环。换句话说,建立身体不对称的Pitx2波与旋转肠道的波是不同的。

在这项研究中,研究人员使用了经过工程改造的小鼠和鸡胚胎,这使得Kurpios和同事可以在蛋壳上打开一个小窗口,这样他们就可以观察发育并操纵基因表达。

Meinig生物医学工程学院的Jan Lammerding教授是该研究的合著者,他的实验室在活胚胎中使用探针来测量肠系膜背侧的硬度和弹性。测量结果显示右侧发生了膨胀,TGF-beta-Pitx2诱导左侧发生了膨胀,这为适当的肠管循环在组织中创造了完美的倾斜量。

文章标题

Pitx2 patterns an accelerator-brake mechanical feedback through latent TGFb to rotate the gut

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