肢芽的切片，Meis 蛋白以粉色表示。在高倍鏡視野下，可以觀察到Meis 表達的漸變。 （圖片來源：卡洛斯三世國家心血管研究中心）

卡洛斯三世國家心血管研究中心（CNIC）的研究人員發現了一種在器官發育期間為(wei) 細胞提供位置信息的係統，它會(hui) 告訴細胞，此器官內(nei) 需要形成何種解剖結構。這篇發表於(yu) 《科學進展》（Science Advances）的論文顯示，該係統的故障會(hui) 導致先天性畸形，並可部分解釋沙利度胺（thalidomide）的作用，沙利度胺由於(yu) 能引起胎兒(er) 肢體(ti) 缺陷，被列為(wei) 妊娠禁用藥物。

胚胎發育是自然界中最迷人的過程之一，它從(cong) 亞(ya) 裏士多德時代開始就激起了科學界的興(xing) 趣。數百萬(wan) 細胞的產(chan) 生源自唯一的祖細胞，細胞的組合又在每個(ge) 物種身上形成精確的解剖結構，這是自組織係統最不可思議的例子之一。該研究的共同作者Miguel Torres博士說：“了解細胞如何得知它們(men) 應該在胚胎的各個(ge) 部位產(chan) 生哪些器官和解剖結構是科學界最有意思的挑戰之一。”

五十多年前，英國科學家Lewis Wolpert首次提出位置信息理論，假設了一種細胞獲取自己在胚胎中的方位信息的機製。“這種係統可以與(yu) 用在手機上的GPS定位係統類比，GPS係統由外部參照物—衛星信號—編譯信號的機製組成，安置在我們(men) 每個(ge) 手機內(nei) 。在生物係統中，每個(ge) 細胞的方位信息會(hui) 觸發該部位獨一無二的發育方案。”Torres博士繼續說道。

CNIC團隊和美國國立衛生研究院的同事合作分析了肢體(ti) 形成的分子基礎。他們(men) 發現了細胞如何由遠及近地獲取自己在肢芽或原基（器官發育時的基礎形態）中的位置信息。

研究的第一作者Irene Delgado博士說：“我們(men) 的工作表明，告訴細胞所在位置的信號是生長因子FGF。”FGF分子完全由肢芽遠端、離軀幹最遠的一小群細胞產(chan) 生。

細胞接受到的信號強度取決(jue) 於(yu) 它們(men) 離產(chan) 生FGF的細胞有多遠。換句話說，“細胞離軀幹越遠，接收到的FGF信號就越強，而離軀幹越近，信號就越弱。”Delgado解釋道。

轉錄因子可以通過開關(guan) 某些基因來調節基因組的功能和細胞行為(wei) 。細胞中Meis 蛋白的數量可以決(jue) 定特定的某群基因是否被激活，比如Hox基因。Delgado說：“位置離軀幹近的細胞接受發育為(wei) 肩膀的指令，離軀幹較遠的細胞則會(hui) 形成手掌，中間位置的細胞分別形成上臂、肘部和前臂。”

Torres說：“這個(ge) 係統對肢體(ti) 的正確形成是不可或缺的。”這項研究描述的機製加深了對海豹肢症（phocomelia）的理解，海豹肢症是一種先天性的缺陷，患者胚胎的四肢隻能形成手掌和腳掌。在這項研究中，實驗性地消除FGF-Meis信號使所有肢芽細胞都接受了錯誤的指令，讓它們(men) 以為(wei) 自己在軀幹的遠端，從(cong) 而導致海豹肢症。

這項發現或許有助於(yu) 解釋沙利度胺的作用機製，這種藥由於(yu) 會(hui) 導致肢體(ti) 缺陷而臭名昭著。以往對沙利度胺作用的研究指出，Meis蛋白是受其影響的因素之一。

這項發現為(wei) 脊椎動物肢體(ti) 發育中遠近部分的產(chan) 生建立了一種新模型，並為(wei) 脊椎動物胚胎軸向分化過程中FGF梯度的解釋提供了一種分子機製。

翻譯：盧大山

審校：巢栩嘉

引進來源：西班牙卡洛斯三世國家心血管研究中心

引進鏈接：https://phys.org/news/2020-06-essential-limb-formation-embryonic.html

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