组织动力学为人类疾病提供线索

2020-06-24 133遗传病

组织动力学为人类疾病提供线索。科学家们研究了在体外生长的组织中跨时间和空间协调的基因表达的振荡模式,以探索一种罕见的人类遗传性疾病,即脊椎骨发育不全的分子原因。

分段时钟

我们的脊柱是一个高度重复的结构——从上到下有33个椎骨。这种排列是在胚胎中由一长排称为体节的结构的顺序形成的,这些结构后来形成脊椎动物和肋骨。这种周期性的体节模式是由一组被称为分割时钟的基因创造的。细胞内的分子相互作用导致这些基因的表达振荡,随着时间的推移,基因活性以规则的模式上升和下降(见下面的电影)。对于每一次振荡,都会形成另一个质体。这个分割时钟的错误会导致脊椎的遗传性疾病,例如罕见的脊椎骨关节发育不全(SCD)。

人类分割时钟的动力学和相关疾病不能直接在人类胚胎中研究,因此,EMBL的研究科学家松田三弘和他的合作者试图在实验室中建立一个系统来研究这一过程。他们建立了细胞系,每个细胞系都缺乏一个被认为是SCD致病突变的基因,而SCD可能是由几个基因中的任何一个引起的。他们培养这些细胞,创造出胚胎的简化版本,显示出许多相同的特征。虽然缺少一个叫做HES7的基因的细胞未能显示振荡,但是缺少DLL3和LFNG基因的细胞却意外地显示出完整的振荡。然而,尽管这些细胞系在单细胞水平上发生振荡,它们在整个组织中并没有适当地协调,从而形成同步的集体振荡或基因活动的行波。组织动力学为人类疾病提供线索。

进一步研究

这些实验证明,科学家们创造的培养系统可以揭示SCD突变,这些突变已经被改造成其他健康细胞。但是直接检测病人的细胞呢?他们从一个DLL3突变的病人身上建立了一个新的细胞系,并在体外进行了测试。正如所料,这个细胞系没有显示出行波。为了提供最有力的证据证明DLL3突变是病因,研究人员使用基因编辑工具CRISPR-Cas9来纠正患者的突变。这恢复了体外组织中分割时钟的正常同步性,证明了这一特异性突变是有原因的。

组织动力学为人类疾病提供线索。“分割时钟,脊椎周期性结构的基础机制,已经在体外被重新描述。我们还成功地分别评估了分割时钟的两个重要特性:振荡和同步HES7、DLL3和LFNG已经被称为SCD的致病基因。但是,对于许多SCD患者来说,致病基因仍然是未知的。我们的下一个目标是利用我们新建立的体外模型来鉴定SCD的一个新的致病基因。”

引用

European Molecular Biology Laboratory. "Tissue dynamics provide clues to human disease: Scientists examine the molecular causes of a rare hereditary disease of the spine and ribs." ScienceDaily. ScienceDaily, 3 April 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200403115107.htm.

上一篇下一篇