重新思索肢趾形成的遗传机制

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    [生物通讯]发育生物学家偶然发现，脊椎动物四肢和足趾形成的遗传机制与科学家们近30年来料想的截然不同。

    一个长久以来被深信不疑的理论认为，一个叫做Sonic Hedgehog （Shh）的基因在指导肢骨和趾骨形成和决定每一足趾的特定特征也就是特性中起着首要作用。早先的研究曾显示，当Shh基因缺失时，动物就会发育出短粗的四肢残端，只有一个足趾的样子。

    然而，在8月29日期的《自然》（Nature）杂志上，来自威斯康辛大学麦迪逊医学院和Vanderbilt大学的研究人员报道，他们在新研究中的发现令他们大吃一惊：缺失Shh 和另一种早先怀疑能够阻碍Shh 活性的Gli3基因的小鼠也能发育出四肢和足趾。

    不仅如此，研究人员还发现，缺失这两个基因的小鼠长出了11个缺乏正常情况下不同足趾特征的足趾－－这11个足趾看上去完全一样。

    研究小组检查这两个基因的相互作用情况后发现，Gli3扮演的角色远比科学家预想的重要。研究人员发现，事实上如果没有Gli3，Shh对四肢发育的性状根本没有影响。Shh通过Gli3发送信号，由此限制形成的足趾数目只有5个，并规定每一足趾的特征。

    “这些都是关于肢趾发育最基本的新发现。”威斯康辛大学麦迪逊医学院的Harland Winfield Mossman 解剖学教授ohn Fallon说道。Fallon也是这篇文章的作者之一，他研究四肢发育的足趾形状已有近40年之久。

    威斯康辛大学麦迪逊医学院的研究生Randall Dahn 与Vanderbilt大学的博士后研究人员Ying Litingtun以及细胞与发育生物学助教同为这篇文章的领导作者。

    研究人员提出，Shh 和Gli3 是共同作用决定5个手指和足趾是以什么样的模样出现的。取决于Shh 存在的量，Gli3或是变成Shh 的激活因子或是变成其抑制因子，由此通过打开或关闭其它与足趾形状有关的基因来影响足趾形成的形状。高水平的Gli3抑制因子产生拇趾，而更高水平的Gli3激活因子则产生小趾。

    这个新发现促使Fallon 和 Dahn重新思考这两个基因在发生于3亿4千万年前的那场进化转变中所起的作用，当时一些神秘的遗传机制第一次将动物的足趾数目限制为每肢5个。

    Dahn指出，在这项研究中，缺失Shh 和 Gli3基因的小鼠的四肢与进化史上生活于那个时期之前的多趾四足动物相似。生物学家称进化中丢失的身体结构在当代又重新出现的现象为返祖现象，因为重新出现的身体构造反映了祖先的形状。

    “Shh和Gli3束缚着所有四足动物的发展潜力，这些四足动物因而不得不每足发育出超过5个足趾，这一现象称为多趾（polydactyly）。”Fallon解释说。“足趾数目大概是由于伴随引起多趾的基因突变出现的综合特征与一个动物的整体适应性不一致而受到限制，变成了现在的5个。

    多趾是人类最常见的一种出生缺陷，世界上有1％的人口存在这个缺陷。与其它身体系统有关的综合征几乎也总是与这些遗传缺陷有关。

    研究人员表示，这项新发现与癌症研究也有关联，因为hh 和Gli3 信号通路的中断会引起细胞增殖失控，导致所有人类癌症中最常见的一种－－基底细胞癌。

    Shh 和 Gli3 对于胚胎和胎儿发育期间大脑、脊髓、肺、肠、生殖器以及其它几个组织的生长和形状调控也有作用。

    “要估定我们描述的这个四肢发育机制是否也适用于其它器官和组织的发育，尚需要进一步的研究来证明。”Fallon 说。

消息来源：威斯康辛大学麦迪逊医学院

生物通摘译自BIO.COM