胚胎发育：指导细胞迁移的蛋白

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    [生物通讯]美国Vanderbilt大学与密苏里大学的生物学家们发现了揭示动物胚胎发育时期指引细胞迁移到正确地点的神秘分子机制的重大线索。

    了解这个过程的分子机制以及它如何发生错误，最终将会促进诸如脊柱裂（spina bifida）等多种出生缺陷治疗方法的产生。脊柱裂是脊椎管的一部分没有完全闭合的状态。几乎所有的脊髓原发性畸形都伴有脊柱裂，这是一种常见的先天畸形，仅在美国每年就有800到1000名初生婴儿具有这种畸形。

    在8月期的《自然细胞生物学》（Nature Cell Biology）杂志上，研究人员报道，他们发现是一个单一蛋白推动着斑马鱼胚胎发育时期细胞的移动。斑马鱼体积很小，是研究脊椎动物发育的重要动物模型。

    研究人员报道，这种蛋白质对于指引斑马鱼球状卵中的细胞向形体开始成形的部位－－头尾之间的中轴－－迁移的过程起着关键的作用。他们还发现，破坏这个蛋白质会抑制神经细胞在斑马鱼大脑中的正常迁移，人脑发育过程中也出现同样的神经元运动。

    “我们对于发送神经元与其它神经元连接的发射过程的运动已有很多了解，但对于神经元如何从一个地方迁移到另一个地方却知之甚少。”研究的领导人、Vanderbilt 生物学副教授Lilianna Solnica-Krezel说。密苏里大学的生物学助教Anand Chandrasekhar也是该研究的领导者。

    斑马鱼的一些独特特征使之成为理想的发育研究模型。它们产的卵是半透明的，而且是在体外发育，这就使得研究斑马鱼的胚胎发育尤为容易。斑马鱼胚胎的发育也是一个很快的过程，从受精到孵化总共只需3天时间。而且斑马鱼价格低廉，容易饲养，因此科学家可以在实验室大量繁殖和喂养它们。斑马鱼的基因组正在测序之中，因此研究人员可以利用强大的基因组学工具来揭示复杂的发育分子机制。

    其中一种方法就是检查特殊突变对发育过程产生的影响。在这项研究中，Solnica-Krezel 和她的同事研究了一种称为“三叶虫”的斑马鱼突变体发育过程中发生了怎样的变化。之所以称这个突变体为三叶虫，是因为其发育的受精卵形成了一种类似史前原生动物三叶虫的形状。在一个称为原肠胚形成的胚胎早期发育阶段，细胞开始从球形卵的四面八方蜂拥至斑马鱼形体开始形成的胚轴。开始这个过程是杂乱无章的细胞运动，后来逐渐变成有序的细胞迁移。当这一切进行时，细胞也从圆形发育成伸长的纺锤形。

    “这有点象一群乌合之众变成了一支有组织的军队。”Solnica-Krezel描述说。

    她的研究小组发现，三叶虫突变阻止了“有组织军队”的形成。突变体中，细胞运动继续以混乱无序的方式进行，不会产生正常胚胎中细胞所具有的方向感和目的性。结果，三叶虫突变体的发育受到阻碍。研究小组查明这个突变破坏了一种叫做Strabismus 或 Van Gogh的特殊膜蛋白的活性。

    早先曾在果蝇Drosophila melanogaster中识别出这种膜蛋白，这种膜蛋白对形成果蝇翅膀和复眼的细胞的方向感有影响。其在小鼠体内的一种相近蛋白则与最终发育为大脑和脊髓的管状结构－－神经管畸形有关。

    在斑马鱼胚胎发育的晚些时候，一些运动神经元会从大脑的一个部位迁移到另一部位。“我们不知道它们为什么要移动，它们完全可以在原始位置形成所需要的连接。”Solnica-Krezel说。但Chandrasekhar 和他的密苏里大学研究小组发现，三叶虫突变体却不发生这种运动神经元的迁移。

    为了查明神经元无法迁移是细胞内还是细胞外的环境因素导致的，研究人员分别将三叶虫突变体的神经元移植到正常胚胎的大脑，将正常神经元移植到三叶虫突变体的大脑中。他们发现正常运动神经元放置到三叶虫突变体大脑中时，它们都不发生移动，而三叶虫突变神经元移植到正常胚胎大脑中时，有三分之一发生了迁移。由此，科学家得出结论，影响Strabismus/Van Gogh膜蛋白的一定是既有细胞内因素，也有细胞外因素。

    经过进一步研究，研究人员确定神经元运动的方式与变形虫运动的方式相似：它们伸长与想要移动方向一致的身体部分，收缩相反方向的身体部分。研究人员用荧光蛋白标记了斑马鱼体内的神经元，从而确定三叶虫突变体细胞运动的速度远远慢于正常神经元，且本质上更接近于随机性。

    这些实验结果提示，Strabismus/Van Gogh蛋白在调节神经元运动时可能是独立起作用的。如果事实果真如此，那么这个发现将为阐明神经元迁移的分子机制打开希望之门。“研究人员在文章中下结论说。

消息来源：Vanderbilt 大学

生物通摘译自BIO.COM