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科学家们通过沿身体主轴的组织形成小鼠胚胎样结构

2019-03-14 16:14:32 来源:

在胚胎植入子宫后不久建立了哺乳动物体的确定结构。该身体计划具有引导组织和器官出现的空间参考或轴:由一端的头部和另一端的尾部限定的前后轴,正交的背腹轴和中间 - 外轴,它定位内脏器官的排列,如肝脏,胰腺或心脏。

研究编排早期哺乳动物胚胎形成的过程受到难以获得它们的阻碍。剑桥小组的早期研究结果表明,胚胎干细胞可以在培养中自我组织成具有前后极性的结构。

现在,他们与日内瓦大学和瑞士联邦理工学院洛桑(EPFL)的研究人员合作,扩展了培养物,揭示了小鼠干细胞产生“伪胚胎”的能力,展示了一些重要的特征。正常小鼠胚胎。这些结构仅由300个胚胎干细胞建立,称为“胃肠”,具有与6至10日龄胚胎后部相当的发育特征和组织。

该研究表明,与胚胎中的三个主要轴衔相关的胃肠道组织起来,并遵循相似的基因表达模式。这方面的一个例子是Hox基因的表达模式,其是在胚胎中以精确的连续顺序表达的基因集合,并且充当身体的不同方面的界标,包括不同椎骨或肢体的位置。这种组织程度使得胃泌素成为研究哺乳动物正常或异常胚胎发育早期阶段的显着系统。

“这些结果显着扩展了我们早期的发现。我们惊讶地看到了胃肠道发育的程度,它们复杂的组织以及早期组织和器官的存在,“剑桥大学团队负责人Alfonso Martinez Arias教授在其遗传学系上说。

来自日内瓦大学和EPFL的Denis Duboule教授解释说:“为了确定是否将雄性胚胎组织成真正的胚胎结构,我们在不同的发育阶段表征了它们的遗传活动水平”。

研究人员确定并量化了从胃肠道转录的RNA,并将表达的基因与发育阶段的小鼠胚胎进行了比较,结果表明存在高度的相似性。

“胚胎形成类似于胚胎后部的结构,从大脑底部到尾巴,其发育程序与头部有些不同,”该研究的共同第一作者Leonardo Beccari博士说。日内瓦大学。

这些胚胎样结构表达构成未来组织所必需的各种类型祖细胞的特征基因。

“随着时间的推移,基因表达谱的复杂性随着时间的推移而增加,不同胚胎细胞谱系的标记出现,就像在对照胚胎中观察到的那样,”剑桥团队的Naomi Moris博士补充道,他是该文章的共同第一作者。

“随着时间的推移,Hox基因网络的实施模仿了胚胎的特征,尤其证实了胃肠道的自我组织水平非常高,”该研究的共同第一作者,该研究所的博士生Mehmet Girgin解释道。 EPFL的生物工程学。

研究人员表示,这些假胚胎将根据“3Rs”的原则(研究中动物使用的减少,替代和改进),为动物研究提供一种替代方法。发现胚胎的这么多发育可以用干细胞重现,这也将增加研究人员研究正常发育和疾病的遗传机制的能力。

今年早些时候,由剑桥大学生理学,发育和神经科学系Magdalena Zernicka-Goetz教授领导的小组报告了胚胎样结构能够产生前后轴但需要额外的胚胎外胚胎干细胞。产生前后极性。这项新工作令人惊讶地表明干细胞可以独立于胚胎外组织自组织三个轴。

“这使得研究变得更加简单,”Martinez Arias教授说。“不仅胚状体自组织产生三个轴,而且它们还模仿胚胎的空间和时间模式,没有胚胎外组织。这表明,胃泌素可以成为一种有用的工具,特别是在发育过程中理解基因表达时。

这项工作主要由生物技术和生物科学研究委员会(BBSRC),国家替代,改进和减少研究动物中心(NC3Rs),工程和物理科学研究委员会(EPSRC)和欧洲研究理事会资助。

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