北京时间1月9日，发表在《Nature》上的一项新研究中，美国哈佛大学领导的的科学家团队发现，当涉及到椎骨的胚胎发育时，时间决定了一切。
这项新的人体外细胞和小鼠细胞活体成像技术表明，一种特定的时钟基因Hes7在随时间延迟振荡，从而在脊椎动物中形成脊椎、脊柱和枕骨。它揭示了细胞内部通信在正常发育过程中是如何被调控和定时的，以及涉及到的化合物。该研究确定的人类分段时钟的工作机制，是理解人类发育生物学的重要里程碑。
图片来源：Nature
脊柱的节段组织是在胚胎发生的早期建立的，这时成对的体节由早熟的中胚层（PSM）有节奏地产生。体节形成的速度是由被称为分段时钟的分子信号动力学控制。虽然它在模式生物中已经有了充分描述，但在人类中是否也存在类似的振荡仍然未知。
在胚胎发育过程中，形成神经和结缔组织的细胞会排列在一起，并开始表达相关基因。这一有规律和节奏的发生过程，发育生物学家称之为分段时钟。它产生的重复结构沿着身体的轴线排列，并形成脊椎和肋骨。
该研究合著者、日本京都大学综合细胞材料科学研究所(ICeMS)的发育生物学家Ryoichiro Kageyama说：“我们一直想要了解细胞内的协调动力学。到目前为止，这一过程只在快照（细胞的单个图像）中研究过，还没有使用过实时图像。”
为此，该团队建立了一个系统来观察逐个细胞的时钟基因动态。他们将一种新型荧光蛋白融合到Hes7上，观察它如何在组织内的每个细胞内振荡，此时，研究人员注意到了时间延迟。
他们使用发育正常的小鼠和失去关键调节因子Lfng的小鼠进行研究，发现控制正常发育的信号传导过程存在时间延迟。在信号发送器缺少Lfng的情况下，细胞内的动态不同步，并且如果接收器不具有LFNG，则动态变得更小。在这两种情况下，动物发育都会受到影响。此前，已在先天性脊柱侧凸病例中发现了人类Lfng基因突变。
随后的单细胞RNA测序显示，人类中胚层细胞在体外的发育轨迹与小鼠的发育轨迹相似。此外，该研究证明了FGF信号途径控制振荡的相位和周期，扩展了该途径的作用，超越了其在“时钟和波前”模型中的经典解释。
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