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两篇Science论文胜利设计发育旌旗灯号,无望为再生医学指明偏向

2020年10月28日讯/BIOON/---一个巨大的胚胎要想发育成一个成年的无机体,它的细胞必需以准确的形式发育,并以精心布置的方法与四周的细胞互相感化。为了构建庞杂的组织和器官,一切这些发育中的细胞都必需不时地答复一个根本的、但令人诧异的艰苦成绩:我在哪里?

美国加州年夜学旧金山分校分子与细胞药理学系主任Wendell Lim博士说,“在范畴,我们可以用构建类器官来研讨疾病,但我们还不克不及将它们放入人体内,让它们修复伤口或治愈病变组织。个中一个主要缘由是,我们没有准确的旌旗灯号来告知细胞去哪里,以及当它们达到那边时该做什么。”

图片来自CC0 Public Domain。 发育中的无机体体内的细胞跟踪它们在哪里以及它们应当做什么的办法之一是经过一类称为成形素(morphogen)的化学旌旗灯号。这类旌旗灯号由所谓的组织者细胞(organizer cell)发生,并经过部分组织向外分散。跟着这些旌旗灯号的分散,它们的浓度会逐步削弱,从而精确地告知部分细胞它们离旌旗灯号源有多远。跟着多个组织者细胞在发展中的无机体的症结地位年夜量发生分歧的成形素,细胞可以构建一个三维空间地图来指点它们发育成庞杂的组织,就像细胞GPS坐标零碎一样。

迷信家们仍在尽力懂得成形素的旌旗灯号是若何在恰当的间隔内传达的,以及细胞若何被校准以在恰当的工夫对恰当的成形素浓度做出反响。然则,这些成绩很难研讨,这是由于自然的成形素以很多庞杂的难以界说的方法与情况互相感化。

Lim的研讨团队与英国弗朗西斯-克里克研讨所的Guillaume Salbreux研讨团队和Jean-Paul Vincent研讨团队自力地采取了一种立异的办法从头开端设计分解成形素,而不是一次一个地解组成形素。他们的目的是研讨是什么让成形素发扬感化,也许有朝一日可以构建出分解旌旗灯号来协助掌握组织再生或指点医治性细胞愈合伤口或对立癌症。相干研讨成果以两篇论文的方式揭橥在2020年10月16日的Science期刊上,论文题目辨别为“Engineering synthetic morphogen systems that can program multicellular patterning”和“Patterning and growth control in vivo by an engineered GFP gradient”。

Lim团队应用一种名为绿色荧光卵白(GFP)的惰性分子开端研讨,细胞平日纰谬这种分子作出反响。为了让细胞有才能对这种新旌旗灯号做出反响,他们应用特别类型的抗体来创立GFP反响性受体,即对GFP作出反响的受体。他们经过将编码这些受体的基因拔出到试验室培育皿中的细胞,并将它们与之前开辟的一种名为SynNotch的细胞掌握零碎衔接起来。

当这些研讨人员指导位于培育皿一端的一部门组织者细胞发生GFP时,从这一部门组织者细胞中分散开来的GFP激活了这些工程受体(即后面说起的GFP反响性受体),并在四周的细胞中付与了形式化的基因活性。

Lim说,“我以为这是相当惊人的,构建一种自然的成形素并不是很艰苦。这让我们懂得到,在多细胞退化的晚期,更复杂的旌旗灯号分子能够曾经退化成为成形素。”

在加州年夜学旧金山分校,Lim团队发明这些分解成形素可以引诱新的、用户界说的条纹图案构成。在弗朗西斯-克里克研讨所,Salbreux团队和Vincent团队在活体果蝇中应用了相似的办法,成果发明分解成形素可以取代自然旌旗灯号,胜利地构成果蝇同党中的庞杂图案。

这些研讨人员说,鉴于这些零碎中的一切互相感化都是可以设计的,它们的特征是已知的,是以可以对它们停止数学建模。这些研讨为应用成形素构成图案的可测试实际开拓了路途,有朝一日能够可以协助迷信家们像机械人一样对细胞停止编程,使得它们沿着分子轨迹寻觅并再生受伤或患病的组织。(100医药网 100yiyao.com)

参考材料:

1.Satoshi Toda et al. . Science, 2020, doi:10.1126/science.abc0033.

2.Kristina S. Stapornwongkul et al. . Science, 2020, doi:10.1126/science.abb8205.

3.Naama Barkai et al. . Science, 2020, doi:10.1126/science.abe4217.

4.Engineered developmental signals could illuminate regenerative medicine

https://phys.org/news/2020-10-developmental-illuminate-regenerative-medicine.html

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