Cell子刊：胚胎早期发育的关键小分子

　　

生物通报道：体节是脊椎动物在胚胎发育过程中形成的暂时性结构，是脊椎动物发育的基础。体节生成受到分节时钟（segmentation clock）的控制，依赖相关基因的循环表达。现在科学家们发现，一种小RNA是胚胎发育时组织正确分节的关键。

在体节形成的过程中，相关基因处于不断开启和关闭的循环中，该循环模式与不同组织的形成时机相符。如果对这些基因失去了严格控制，体节发育就会出现缺陷，甚至无法形成体节。

研究人员在鸡胚中进行实验，发现一种被称为mir-125a-5p的microRNA负责调控特定基因的循环活性，而这些基因决定着组织分节的形成时机。文章发表在Cell旗下的Developmental Cell杂志上。

体节形成是指脊椎动物胚胎发育时中胚层的组织分节，体节将会最终发育成为肋骨、脊椎和肌肉。在分节时钟的控制下，体节形成的相关基因在合成RNA和蛋白后就会关闭，以此不断循环，直到所有必需体节发育完成。人们将这种循环模式比作体育场上球迷们形成的人浪。现有的分节时钟数学模型显示，相关RNA的半衰期受到了严密控制，但模型无法解释其调控机制。

研究人员希望明确上述循环模式的调控机制，他们注意到microRNA能介导转录本的降解。的确，研究显示mir-125a-5p能够在体节形成过程中，精确控制Lfng基因的活性，而Lfng是与分节时钟相关的重要基因。这种microRNA的缺失，会破坏Lfng基因的循环活性，导致组织发育出现异常。

“当我们干涉这种microRNA的功能时，发现它与其目标的相互作用会产生深远的影响，”文章通讯作者，俄亥俄州立大学的分子遗传学副教授Susan Cole说。“在发育过程中干涉一种microRNA就能造成这么大的差异，是很少见的。如此严密的调控，说明这一机制非常重要。”

研究人员在鸡胚的体节形成时期，让mir-125a-5p失活，阻止这种microRNA与Lfng编码的RNA结合，结果导致鸡胚无法形成正常的体节。研究显示，mir-125a-5p的作用位点是进化保守的，除了鸡以外该位点还存在于人、小鼠和斑马鱼中。因此，很可能上述物种的体节形成也受到这一机制的调节。

研究人员认为，这一发现也有助于理解体节形成阶段的物种差异。例如，就每个体节的形成时间来说，鸡需要90分钟，斑马鱼需要三十分钟，小鼠需要两小时，而人类需要五小时。

未来，Cole打算在哺乳动物中研究上述调控机制，并分析这种调控与疾病进程的关联。分节时钟的缺陷与脊椎畸形等疾病有关，更好的理解体节形成机制，能帮助人们治疗与胚胎发育有关的人类疾病。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

mir-125a-5p-Mediated Regulation of Lfng Is Essential for the Avian Segmentation Clock

Somites are embryonic precursors of the axial skeleton and skeletal muscles and establish the segmental vertebrate body plan. Somitogenesis is controlled in part by a segmentation clock that requires oscillatory expression of genes including Lunatic fringe (Lfng). Oscillatory genes must be tightly regulated at both the transcriptional and posttranscriptional levels for proper clock function. Here, we demonstrate that microRNA-mediated regulation of Lfng is essential for proper segmentation during chick somitogenesis. We find that mir-125a-5p targets evolutionarily conserved sequences in the Lfng 3 UTR and that preventing interactions between mir-125a-5p and Lfng transcripts in vivo causes abnormal segmentation and perturbs clock activity. This provides strong evidence that microRNAs function in the posttranscriptional regulation of oscillatory genes in the segmentation clock. Further, this demonstrates that the relatively subtle effects of microRNAs on target genes can have broad effects in developmental situations that have critical requirements for tight posttranscriptional regulation.