研究发现神经管闭合的关键基因

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[生物通讯]一个单基因似乎就能启动胚胎早期中的一个关键步骤－－大脑和脊髓的形成，这一发现有望为检查胎儿脊髓缺陷如脊柱裂等开辟一条新途径。

神经管缺陷，如脊柱裂和大脑不全等，是最严重的先天缺陷。虽然由于大力倡导怀孕妇女服用叶酸增补剂，本世纪以来神经管缺陷的发病率已降低，但有30％神经管缺陷似乎是由无关于叶酸缺乏的遗传因素引起的。

在12月16日期的《当代生物学》上，加州大学伯克利分校和匹兹堡大学的研究人员证实，一个叫做"shroom" 的长基因的激活，诱使胚胎中的一组特殊细胞弯曲，从而导致一片组织卷曲形成最终将要发育为脊髓和大脑的闭合身经管。虽然这项实验是在青蛙胚胎中进行的，但实验结果对包括人类在内的所有脊椎动物都有意义。

“这些实验证明，在胚胎中，一种蛋白就能引起这种细胞的形状发生改变，这是令人惊愕的，因为它意味着整个细胞弯曲事件是由一个单基因控制的。”研究的作者之一、加州大学伯克利分校的前博士后John Wallingford说。“这绝对是这个神经管缺陷过程中的关键一步。”

“这个新发现使我们对与脊髓闭合的整个过程中相互协作、共同作用的基因。”文章的另一名作者、伯克利的分子与细胞生物学教授Richard Harland说。“导致神经管的包括遗传和非遗传因素，因此我们当然期望这个基因在人群中存在可能导致脊柱裂易感性的多态性。最终可通过检查这些基因来确定脊柱裂易感性。”

在人类中，发育的脊髓是在怀孕四周后闭合的，但每10,000个怀孕中就有7到15个存在问题。小鼠研究曾发现50多个与脊髓闭合有关的基因，脊髓闭合需要已片扁平组织－－也就是神经板的正确卷曲，为达到这个目的，神经板中的细胞需要改变形状，一些延长，一些压缩，还有一些卷曲。

尽管已经发现许多与神经管正常闭合有关的基因，但科学家对于这些基因的正常功能却知之甚少甚至一无所知，这主要是因为小鼠是在母体的子宫内发育的，科学家不可能观察到里边身神经管闭合的过程。

Wallingford决定研究另一种动物－－非洲爪蟾（Xenopus laevis）的脊髓闭合。脊髓闭合的过程在两栖动物中要简单得多，易于在实验室观察，因为两栖动物的胚胎可以机体外的培养皿中发育。

”通过观察神经管闭合这样一个动力学过程，我们有许多新发现。”

Wallingford的研究小组决定研究的基因名为“shroom”，文章的另一作者、匹兹堡大学的Jeffrey Hildebrand 已在小鼠研究中证明，shroom是胚胎关节区细胞弯曲所必需的。在正常的发育过程中，这些细胞表达shroom，产生的蛋白使细胞呈楔型，并且变长，引起神经板卷曲。还有一些细胞如附近的皮肤和表皮细胞等，则推动和形成折叠。

”一个关键问题就是楔型顶端的收缩，我们知道这很关键是因为当我们阻断shroom的功能时，就会导致神经管闭合的完全失败。”

“我们不能说顶端收缩就是神经管闭合的全部，但这的确非常关键。Shroom是第一个被证明能单独诱导顶端收缩的蛋白。”

为证明Shroom的重要性，Wallingford将Wshroom蛋白注入非常早期的爪蟾发育胚胎中，－－此时的胚胎尚未形成神经管，尚未分化的细胞也没有立即卷曲成管。同样，匹兹堡大学的Hildebrand也将shroom注入到培养的狗肾脏细胞中，结果肾脏细胞没有变成楔型，但同样经历了顶端收缩。

相反，当Wallingford阻断正常爪蟾胚胎中的shroom基因活动时，胚胎无法形成正常的卷曲的神经管。

“我们知道这个基因确实是十分关键，因此通过寻找调控其表达的因子，以及在其下游行使功能的基因我们就能更好地与神经管发育有关的基因。”Wallingford说。“这会赋予我们更多可用作神经管缺陷遗传检查的基因。”（生物通编译)