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心脏的不对称发育之路

来源:生物通 作者: 2013-4-3
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摘要: 然而实际上,包括心脏在内的大多数内脏器官都是不对称的。心脏的右侧负责肺循环(pulmonarycirculation),而左侧负责供应机体的其他部分,这种不对称性使心脏得以有效工作。SalimSeyfried对斑马鱼胚胎进行了研究,揭示了心脏左右两侧的差异性发育机制,文章发表在Cell旗下的DevelopmentalCell杂志上。在心脏的不对称发育......


从外表来看,我们的机体几乎是完全对称的。然而实际上,包括心脏在内的大多数内脏器官都是不对称的。心脏的右侧负责肺循环(pulmonary circulation),而左侧负责供应机体的其他部分,这种不对称性使心脏得以有效工作。

德国MDC分子医学中心的研究人员Dr. Justus Veerkamp和Dr. Salim Seyfried对斑马鱼胚胎进行了研究,揭示了心脏左右两侧的差异性发育机制,文章发表在Cell旗下的Developmental Cell杂志上。

在心脏的不对称发育中,Nodal和Bmp的信号传导很重要。不过,此前人们并不清楚这些通路是如何塑造心脏不对称性的。研究人员在活体斑马鱼胚胎中,观察了心脏前体细胞的迁移。由于斑马鱼胚胎是透明的,人们可以通过显微镜对单个细胞进行观察。

研究显示,在心脏发育的早期阶段,Nodal蛋白在左侧合成并触发了一系列信号级联,使这一侧的心脏前体细胞迁移得更快。研究人员指出,心脏两侧细胞的运动能力差异,足以引起心脏组织的定向迁移,形成心脏的不对称性。

此前,科学家们曾认为是Bmp蛋白触发了心脏左侧的细胞迁移,并由此推测该蛋白在左侧应当非常活跃。但研究人员对Bmp蛋白进行分析,却发现事实并非如此。

研究人员指出,Bmp的作用实际上是降低心脏细胞的运动能力。而Nodal蛋白能够通过激活Has2酶来进行调控,限制Bmp在心脏左侧的活性。研究显示,Bmp的信号减少,会使左侧的非肌肉肌球蛋白II(nonmuscle myosin II)表达降低,细胞运动性增加。由此,心脏左侧的细胞更快迁移,并最终形成有功能的不对称心脏。

随后,研究人员对实验进行了调整,使上述信号级联中的蛋白分别以较高或较低的水平表达。在这种情况下,心脏细胞的运动能力发生了微妙的改变,最终导致心脏发育畸形,包括心脏完全对称和心脏横向倒转等等。

斑马鱼胚胎的这些心脏畸形,有些也会出现在人体中。而且不对称发育相关的疾病,往往还对脾脏有影响,例如出现脾脏缺失或者出现两个脾脏。此外,这项研究也为细胞迁移相关疾病带来了新的启示。 

(生物通编辑:叶予)


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