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李光副教授和王義權教授團隊在Development雜志發表胚胎左右對稱打破相關研究論文

發布時間:2020-02-07來源:生命科學學院點擊數:10

113日,我院李光副教授和王義權教授團隊在Development雜志上在線發表題爲“Cilia-driven asymmetric Hedgehog signalling determines the amphioxus left-right axis by controlling Dand5 expression”的研究論文。該研究深入闡述了纖毛運動和Hh信號在文昌魚左右不對稱建立中的功能及調控機制,爲理解胚胎的左右對稱如何打破提供了新的見解。這是該團隊在《美國科學院院刊》(PNAS2017)和《發育》(Development2017)上發表有關文昌魚左右不對稱建立機制研究之後的又一篇相關研究。


我們生活中常見的動物(包括人)大都屬于兩側對稱動物,因爲從外部形態看它們都是左右對稱的。然而如果從內部結構看,這些生物卻是左右不對稱的。比如人(或其他脊椎動物)的心髒總位于身體左側,而肝髒則總位于身體右側。這種不對稱性在不同個體間十分穩定,說明其建立過程受到嚴格調控。有趣的是這種不對稱性建立于個體發育早期,由左右完全對稱的早期胚胎發育而來。那麽是什麽樣的機制將早期胚胎的對稱性打破,並驅使胚胎向著左右不對稱方向發育的呢?基于脊椎動物模型(如小鼠、斑馬魚等)的研究發現,存在于早期神經胚後端的節點流(nodal flow,由節點處運動纖毛定向轉動引起的液流)是打破左右對稱的直接驅動力。需要說明的是節點流屬于物理性信號。那麽這一物理信號又是如何被轉化成生物信號,並進而誘導基因(如CerNodal等)不對稱表達的呢?過去的研究並未給出明確解釋而只給出了幾種可能模型。在這些模型中,two-cilia(雙纖毛)模型和morphogen(形態發生素)模型最爲流行。

Cer是目前已知的受節點流調控的最早開始左右不對稱表達的基因。該團隊在前期研究中發現,Hh基因(一種形態發生素)爲Cer基因表達所必須,敲除該基因可導致Cer基因無法轉錄。因而暗示Hh基因位于Cer的上遊(Development2017)。在該研究中他們進一步發現,Hh蛋白及Hh信號靶基因Ptch是左右不對稱分布的,且其出現時間和位置與Cer不對稱表達時間和位置重疊,而當過激活Hh信號時可引起Cer在左側異位表達。從而證明了Hh信號的不對稱性(右邊>左邊)可能是導致Cer基因不對稱表達的(右邊>左邊)重要誘因。該研究還顯示,抑制胚胎纖毛運動可阻斷Hh蛋白的不對稱分布,並進而引起胚胎左右不對稱發生異常;而去除胚胎纖毛可阻斷Hh信號傳導,同樣導致胚胎左右不對稱發生異常。這些結果說明,纖毛運動是導致Hh蛋白不對稱分布的驅動力,而纖毛本身又爲Hh信號傳導所必須。因而該研究不僅論證了纖毛在文昌魚左右不對稱建立中的功能,還揭示了纖毛運動這一物理信號是如何通過影響形態發生素Hh蛋白的分布(生物信号)进而导致基因不对称表达的。该发现统一了双纤毛和形態發生素模型,爲理解胚胎的左右對稱如何打破提供了新的見解。在該論文發表時,Development雜志還在其The people behind the papers專欄對論文的主要參與者進行了專門采訪報道,並通過其官方微信號對該論文進行了宣傳。


纖毛及Hh信號參與文昌魚左右不對稱建立的機制


廈門大學生命科學學院博士生朱鑫爲該文第一作者,李光副教授和王義權教授爲該文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金委和中央高校基本科研基金的資助。

原文鏈接:https://dev.biologists.org/content/147/1/dev182469.long

采訪鏈接:https://dev.biologists.org/content/147/1/dev187062.long

微信宣傳鏈接:https://mp.weixin.qq.com/s/cc4dJBCGl0H773UMBfstaA

(生命科學學院)