細胞模型揭示了驅(qū)動椎骨形成的分段時鐘的動態(tài)特性

像一串珍珠一樣，脊柱由一系列相似的椎骨組成。所謂的分割時鐘在發(fā)育中的胚胎中產(chǎn)生這種重復的排列：每當時鐘滴答時，椎骨開始形成。在9月21日在發(fā)表的一篇論文細胞，哈佛醫(yī)學院遺傳學教授奧利維爾Pourquié，他的實驗室20年前和發(fā)現(xiàn)了分割時鐘同事報告說，他們利用老鼠細胞來重建這個發(fā)條的穩(wěn)定版本在第一次培養(yǎng)皿，導致幾個關于時鐘所在位置的新發(fā)現(xiàn)，是什么使它發(fā)癢以及脊柱是如何形成的。

Pourquié說，該團隊的見解不僅能說明正常的脊椎動物發(fā)育，還可以提高人們對脊柱側(cè)凸等人類脊柱缺陷的認識，他也是哈佛醫(yī)學院布里格姆婦女醫(yī)院病理學教授Frank Burr Mallory和一名主要教員。哈佛大學干細胞研究所。

研究人員發(fā)現(xiàn)，分割時鐘在單個胚胎細胞中處于靜止狀態(tài)，這些胚胎細胞會產(chǎn)生椎骨，然后在細胞達到臨界質(zhì)量時，一起點擊全部。研究人員進一步發(fā)現(xiàn)，時鐘由兩個信號控制，即Notch和Yap，這些信號由這些信元發(fā)送和接收。他們自己發(fā)現(xiàn)，Notch通過觸發(fā)細胞振蕩來啟動時鐘滴答，釋放指令以構(gòu)建最終成為椎骨的結(jié)構(gòu)。但Notch不是鎮(zhèn)上唯一的信號。

事實證明，單元格的Yap顫振決定了激活分段時鐘所需的Notch量。如果Yap非常低，那么時鐘就會自行運行。如果Yap水平是“中等”，Pourquié說，那么Notch需要啟動時鐘。如果Yap水平很高，即使很多Notch也不會說服時鐘打勾?？茖W家稱之為興奮性閾值。

Pourquié解釋說：“如果你稍微刺激系統(tǒng)，就沒有任何反應。但是如果你多刺激它并超過閾值，那么系統(tǒng)會有很強的反應。”

研究人員推測，分割時鐘的工作方式與其他可激發(fā)的生物系統(tǒng)相似，這些生物系統(tǒng)需要在啟動動作之前滿足某些閾值，例如神經(jīng)元發(fā)射和穿過心臟細胞的鈣波。“底層電路可能有相似之處，”Pourquié說道。

研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)他們可以通過幾種方式停止和重新啟動分段時鐘 - 物理上，通過分離和重新聚集細胞，以及用Yap阻斷藥物進行化學分離。“多年來，我們一直在努力了解這些振蕩背后的發(fā)條，”Pourquié說。“現(xiàn)在我們有了一個很好的理論框架來理解是什么產(chǎn)生它們并幫助我們制造和測試更多假設。”

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