Nature子刊：看似相同的骨骼却有着不同的发育程序

　　

细胞类型的种类在后生动物中广泛扩展，其中一些分化枝特异性细胞是进化成功的关键。脊椎动物的骨骼细胞就是一个典型的例子。

从头骨到脚趾，骨骼就像内部支架一样，为身体提供稳定性，并在重要器官周围形成保护层。尽管骨骼的结构相似，但它们的形成过程并不完全相同：在脊椎动物中，不同部位的骨骼是由不同的前体细胞产生的。

瑞士巴塞尔大学的研究人员发现，这些骨骼细胞不仅在发育起源上不同，而且在基因调控上也存在差异。每一组都有一套自己的调节蛋白，并通过自己的发育程序来产生软骨和骨骼。这项研究成果于3月4日发表在《Nature Communications》杂志上。

三个建筑队各拿一张图纸

在包括人类在内的脊椎动物中，一种骨骼的前体细胞形成颅骨和面部骨骼，另一种形成脊柱和肋骨，第三种则形成四肢骨骼。

通讯作者、巴塞尔大学环境科学系的Patrick Tschopp教授解释说：“你可以把它们想象成三个建筑队，每个建筑队负责盖一层楼。三个团队从不同的材料、图纸和工具开始，但最终建成的三层楼在结构上和功能上都是相似的。”

颅骨和面骨由所谓的神经嵴细胞形成，这种细胞产生于胚胎的背部，在发育上最接近中枢神经系统的细胞。脊柱和肋骨的前体细胞是体腔中胚层细胞，它们产生于胚胎背部两侧，除了形成骨骼外，还形成肌肉和部分皮肤。

第三组骨骼则起源于胚胎两侧的侧板中胚层，并继续形成手臂和腿的骨骼以及部分肋骨。这些差异使得人们对不同骨骼部位在多大程度上依赖于真正同源的细胞类型提出了质疑。

研究人员利用单细胞功能基因组学，沿着三种不同的间充质前体细胞到骨骼形成细胞的轨迹，以单细胞分辨率研究了脊椎动物胚胎中的全基因组调控动态。他们发现这三组细胞采用不同的调控机制来驱动形成骨骼细胞的发育程序。

共同第一作者Menghan Wang博士表示：“从这些结果中，我们得出结论，身体不同部位的骨骼细胞实际上并不像人们之前认为的那样相似。”共同第一作者Ana Di Pietro-Torres博士说：“相反，它们似乎是不同类型的细胞，参与了相似组织的产生。”

为什么差异反而是一种优势

这种复杂性乍一看似乎没有必要，但实际上可能是脊椎动物进化成功的关键之一。

“如果身体不同部位的骨骼是由不同的蓝图决定的，那么这些部分的骨骼也可以彼此独立地发生变化，”Tschopp教授说。“这也许可以解释为什么脊椎动物会进化出如此多不同类型的骨骼。”