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調節胚胎發育的光遺傳技術

日期:2015-11-25 08:46:14

 胚胎最初是一個空心殼體。為了使這個空心的殼體形成具有層層內臟、肌肉和皮膚的生物體,胚胎“殼”的一部分會向內折疊。

 

同樣的事情也發生在果蠅胚胎中,現在,德國海德堡歐洲分子生物學實驗室(EMBL)的研究人員,已經確定了一組特殊的細胞,對于第一次這樣的折疊來說至關重要。他們還首次發現,細胞排列的形狀決定了它們收縮的方向。相關研究結果發表在1119日的《Developmental Cell》,科學家利用激光作為遠程控制,通過這種新技術獲得了這些結果。

 

當果蠅胚胎大約4小時大的時候,在其底部的細胞開始收縮,使組織向內折疊,形成所謂的腹溝。在每一個細胞內,一個肌動蛋白纖維網絡,將膜向內拉,從而使它從一個大致圓形的形狀,成為一個越來越薄的長方形,隨著收縮它把其鄰近的細胞拉進胚胎。

 

EMBL的科學家開發了一種新的技術,他們用激光去除肌動蛋白纖維的固定點,從而防止細胞收縮。通過將這些技術應用于胚胎的不同部位,他們能夠精確定位出一組細胞,它們必須收縮才能形成腹溝。同樣的方法使他們能夠勾勒出胚胎中的一個區域,并防止這個區域外的細胞收縮。通過改變“收縮”區域的形狀,他們發現,如果這些細胞被排列成長方形時,才會像它們在正常胚胎中那樣收縮。這意味著,從圓矩形形狀到長方形形狀的“擠壓”,并不是由一些內部程序指導的,而是取決于組織的整體形狀。

 

這種新的方法,克服了目前科學家們研究發育所面臨的一個主要挑戰:使他們能夠立即看到效果。相比之下,目前標準的方法,依賴于打開或關閉基因,在該操作的效果看到之前,需要幾個小時,甚至幾天的時間。

 

帶領這項研究的Stefano De Renzis指出:“到目前為止我們可用的方法,有點像事后到達車禍現場:你知道某一時刻什么事情出了錯,但是你不知道什么時候發生的,所以你說不出究竟是什么引發了事故。我們新的光遺傳學方法更像是一種遠程控制:你打開激光,并在幾秒鐘內看到效果。”

 

接下來,De Renzis計劃使用這種新方法,來研究發育中的果蠅胚胎細胞如何相互溝通。

 

該技術已經引起了相當大的興趣。EMBL科學家已經收到同事的請求,打算在小鼠中進行干細胞和神經管發育的研究,以及其他研究,探究果蠅發育、細胞之間的相互作用等等。

 


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