胚胎怎么知道头和尾放在哪里?

体轴的形成是胚胎发育的关键部分。它们保证身体的所有部位都在它们所属的地方，而且我们的背上不会长耳朵。例如，头尾轴决定了身体两端的方向。以前的假设是这个轴很大程度上是由节点和BMP信号之间的相互作用决定的。然而……

　　

这个系统中似乎还有另一个参与者，正如由多特蒙德马克斯普朗克分子生理学研究所的Christian Schröter和德国马克斯普朗克分子生物医学研究所的Ivan Bedzhov领导的研究小组现在通过使用他们开发的胚胎样模型系统发现的那样。在缺乏BMP的情况下，信号分子β -连环蛋白承担了节点拮抗剂的作用。这种新机制可能是不同形状胚胎轴形成的灵活解决方案。

我们的基本身体计划是在胚胎发育早期由三个身体轴的形成决定的。简单地说，它们决定了上下、前后、左右的位置。头尾轴决定了两个身体开口——嘴和肛门的位置。沿着头尾轴和另外两个身体轴的各种调节基因的激活导致某些细胞类型和组织的发育。这样，这些轴线就决定了后来的体型蓝图。然而，尽管这一重要作用，许多关于轴心形成的问题仍未得到解答。

看起来像杯子的小鼠

从进化的角度来看，头尾轴是最古老的身体轴，在胚胎发育早期就确定了。在小鼠身上，它在受精后几天就会发育。在这个阶段，胚胎看起来像一个杯子，由两层细胞和一个厚厚的盖子组成。在杯子的底部，一个新的细胞群在外层细胞层，即内脏内胚层发育。这个所谓的前内脏内胚层(AVE)的细胞然后向杯的边缘移动，并在大约一半的地方停止。在这一点上，头从杯的内细胞层，外胚层发育，尾巴在相反的一侧发育。以前认为这一过程是由两个分子信号的拮抗作用触发和控制的。外胚层产生结蛋白，而胚外胚层产生相应的BMP。离杯盖最远的杯子底部接收到的BMP信号最少。结果，淋巴结信号在那里占主导地位，AVE群体分化。

人类像圆盘

在他们目前的研究中，马克斯普朗克的研究人员能够确定轴形成的另一个关键角色。为此，他们开发了一种新的胚胎样模型系统，由一层外胚层和一层VE细胞组成——一个没有盖子的杯子。他们用生长因子对胚胎小鼠干细胞进行靶向和控制治疗，从而实现了这一目标。尽管缺乏来自胚胎外组织的BMP信号，AVE细胞群能够从VE细胞形成——这是第一个体轴发育的起点。研究人员能够证明-连环蛋白，一种信号分子，以前只被认为是胚胎发育中另一个身体轴的调节器，是这一过程所必需的。“很有可能-连环蛋白在人类胚胎头尾轴的发育中也起着重要作用。人类胚胎更像圆盘而不是杯子。因此，很可能BMP的分布与小鼠胚胎中的完全不同，其他机制在第一个身体轴的形成中起作用，”Schröter说。

干细胞在同一波长

“我们的双层胚胎样聚集体是我们成功的关键。其他研究通常使用不同干细胞系的混合物。然而，我们使用的细胞群只来自一种干细胞系。这意味着它们不仅具有相同的遗传背景，而且利用相同的通信系统。你也可以说他们是在同一个波长上，”Schröter说。“在我们的系统上模拟的人类胚胎干细胞聚集体可能是一个很有前途的实验工具，用于研究未来胚胎发育过程中的事件。”

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Tissue-intrinsic beta-catenin signals antagonize Nodal-driven anterior visceral endoderm differentiation