领导的研究人员利用诱导的多能干细胞重构了人类的分割时钟

从受精卵的第一个部分开始，一个复杂的蛋白质和基因网络相互推拉，以构建形成我们器官的细胞模式。就像钟摆一样，每个摆动和脉冲都需要仔细对齐，以保持形成生命的节奏。

但是，我们对人类早期发展的许多理解都极为有限，一个关键原因是缺乏能够复制这些复杂生物过程的实验模型。

京都大学研究小组负责人Cantas Alev解释说：“例如，在人类受精后约20天，即发生了所谓的'发生体发生'的过程。这是胚胎发育出称为'somites'的明显节段并确定身体的基本分段模式的时候。” ASHBi人类生物学高级研究所。“ Somites最终有助于椎骨和肋骨的形成。”

节段的出现是由“节段时钟”决定的，节段时钟是控制和指导其出现的遗传振荡器。尽管已经在小鼠，雏鸡和斑马鱼中研究了分段时钟基因及其在发育中的作用，但在人类中对它们几乎一无所知。

解决此问题的一种方法是使用干细胞重建时钟。在他们的《自然》杂志上发表的论文中，一个由ASHBi，京都大学iPS细胞和研究应用中心以及RIKEN的成员组成的团队致力于利用人类iPS细胞形成“前体中胚层”，即体节的前体细胞。

“我们从模仿早期发育过程中活跃的信号通路开始。运用我们在胚胎学中的知识，我们成功地产生了前声中胚层或PSM及其后代的培养物，” Alev继续说道。“研究以有节奏的模式表达的基因不仅表明它们振荡了五个小时，而且还揭示了我们寻找的'分段时钟'的新颖遗传成分。”

除了简单的基因振荡，研究小组还复制了分段时钟的第二个标志，即表达的“波”。然后，他们使用基因编辑技术评估了与脊柱变形有关的关键基因的功能。

不出所料，这些基因的突变极大地改变了分割时钟的各个方面，包括同步和振荡。然后，他们进一步从患有上述遗传缺陷的患者体内产生了iPS细胞，确定了所涉及的突变并进行了纠正。

这项研究表明，iPS细胞如何优雅地用于概括人类胚胎发育和其他复杂生物过程的各个方面。

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