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東南大學(xué)團(tuán)隊(duì)破譯心臟發(fā)育密碼

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在生命起源的奧秘中,胚胎發(fā)育始終是深受關(guān)注的謎題之一。中胚層和內(nèi)胚層器官原基的精確定位及形成機(jī)制成了困擾學(xué)界百年的“世紀(jì)難題”。如今,這一僵局被中國(guó)科學(xué)家打破。18日,東南大學(xué)林承棋、羅卓娟、謝芃團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊《細(xì)胞》在線發(fā)表研究成果,首次構(gòu)建覆蓋小鼠原腸運(yùn)動(dòng)后期至心臟等器官原基形成期的單細(xì)胞精度三維數(shù)字胚胎,在胚內(nèi)-胚外界面發(fā)現(xiàn)中內(nèi)胚層器官原基決定區(qū)(以下簡(jiǎn)稱“PDZ”),揭示心臟、前腸等器官原基發(fā)育的獨(dú)特信號(hào)微環(huán)境。這項(xiàng)突破不僅填補(bǔ)了哺乳動(dòng)物心臟早期發(fā)育理論空白,更為先天性心臟病等出生缺陷防治與再生醫(yī)學(xué)研究提供關(guān)鍵理論基礎(chǔ)。ioz即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

“就像在混沌初開(kāi)的細(xì)胞團(tuán)中找到命運(yùn)羅盤(pán)?!表?xiàng)目主要負(fù)責(zé)人、東南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授林承棋這樣比喻,早期胚胎看似簡(jiǎn)單的細(xì)胞團(tuán)里,藏著決定心臟、肺、肝臟等器官形成的“關(guān)鍵細(xì)胞”。而器官原基決定區(qū)就像一個(gè)精密的“信號(hào)處理器”,在胚內(nèi)高濃度信號(hào)抑制分子與胚外激活性配體分子的交界處,形成低信號(hào)活性“洼地”,通過(guò)整合無(wú)翅型相關(guān)整合位點(diǎn)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、骨形態(tài)發(fā)生蛋白等通路,將微環(huán)境信號(hào)轉(zhuǎn)化為基因選擇性表達(dá)指令,驅(qū)動(dòng)器官原基形成。ioz即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

這項(xiàng)突破的背后,是一支跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)近六年的持續(xù)攻堅(jiān)?!拔覀兘?gòu)了6個(gè)單細(xì)胞數(shù)字胚胎,每個(gè)胚胎細(xì)分為60個(gè)切片,累計(jì)解析數(shù)十萬(wàn)個(gè)細(xì)胞的基因表達(dá)信息。這項(xiàng)工作的難度遠(yuǎn)超想象,初期可用的生物信息學(xué)工具十分有限,為了追求更高精度,我們只能邊做邊開(kāi)發(fā)?!闭撐牡谝蛔髡?、東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授謝芃介紹。譬如,為捕捉器官形成的動(dòng)態(tài)過(guò)程,團(tuán)隊(duì)在器官原基形成關(guān)鍵時(shí)期,對(duì)小鼠胚胎進(jìn)行單細(xì)胞空間組學(xué)分析,像給每個(gè)細(xì)胞裝上“GPS定位”,記錄其基因表達(dá)特征與空間位置。ioz即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

“這項(xiàng)研究的意義遠(yuǎn)不止于基礎(chǔ)科學(xué)突破?!闭撐墓餐ㄓ嵶髡摺|南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授羅卓娟表示,先天性心臟病是我國(guó)最為常見(jiàn)的出生缺陷類型。而PDZ區(qū)域的發(fā)現(xiàn),為追溯心臟發(fā)育異常的起源提供了“時(shí)空坐標(biāo)”——在胚胎器官發(fā)育的關(guān)鍵窗口期,遺傳因素或環(huán)境因素對(duì)PDZ微環(huán)境的干擾,可能導(dǎo)致器官原基形成異常。ioz即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

“就像找到了器官發(fā)育的‘隱秘鑰匙’?!绷_卓娟解釋,通過(guò)數(shù)字胚胎技術(shù),科學(xué)家能精準(zhǔn)定位決定中內(nèi)胚層器官命運(yùn)的細(xì)胞群,進(jìn)而研究基因突變或環(huán)境因素如何影響這一過(guò)程。ioz即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

更深遠(yuǎn)的影響在于對(duì)胚胎發(fā)育生物學(xué)的整體推動(dòng)?!笆窡o(wú)前例”,業(yè)內(nèi)專家如是評(píng)價(jià),強(qiáng)調(diào)研究的原創(chuàng)性與突破性,認(rèn)為其填補(bǔ)了領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵空白。PDZ的發(fā)現(xiàn)將開(kāi)啟中內(nèi)胚層器官發(fā)育研究的新紀(jì)元——這項(xiàng)工作首次在單細(xì)胞精度揭示器官原基形成的時(shí)空動(dòng)態(tài),為理解器官再生、腫瘤發(fā)生等重大科學(xué)問(wèn)題提供了全新方法論。ioz即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com

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