據(jù)了解，脊柱由33個椎體組成，它們由稱為體細胞的一對前體結構形成。體細胞不僅產(chǎn)生了我們的脊椎骨而且還產(chǎn)生了我們的肋骨和骨骼肌肉。為了確保這些結構的正確形成，體細胞的發(fā)育受到嚴格控制，每對體細胞在發(fā)育過程中的特定時間點上產(chǎn)生。分節(jié)時鐘是一組產(chǎn)生振蕩波的基因，它控制著這一過程，而每一次振蕩都會產(chǎn)生一對新的體細胞。

這項研究的論文第一作者Marina Sanaki-Matsumiya指出：“我們第一次能在實驗室中創(chuàng)建跟分節(jié)時鐘相關的人類成熟體細胞的周期性配對。”通過利用這種方法，研究人員開發(fā)了人類體細胞形成的三維體外模型--也被稱為“體節(jié)發(fā)生”。

創(chuàng)建一個強大的體細胞形成過程

研究小組在誘導細胞分化的信號分子雞尾酒的存在下培養(yǎng)了人類誘導多能干細胞(hiPSC)。三天后，細胞開始拉長并形成前軸（頂部）和后軸（底部）。在這一點上，科學家們將Matrigel加入到培養(yǎng)混合物中。Matrigel就是一些科學家所說的神奇粉末：一種對許多發(fā)育過程至關重要的蛋白質混合物。這個過程最終導致了體細胞的形成，這在體外等同于人類體細胞的前體結構。

為了測試分節(jié)時鐘是否調節(jié)這些體細胞的體細胞形成，研究人員監(jiān)測了參與這一過程的核心基因HES7的表達模式。他們發(fā)現(xiàn)了明顯的振蕩證據(jù)，特別是在體細胞發(fā)生即將開始的時候。形成的體細胞也有明顯的上皮化標記--這是它們成熟的一個重要步驟。

體細胞大小非常重要

Ebisuya小組研究了我們人類在胚胎發(fā)育方面跟其他物種的不同之處以及原因。他們用來理解物種間差異的模型系統(tǒng)之一是分節(jié)時鐘。在2020年，該小組發(fā)現(xiàn)人類分節(jié)時鐘的振蕩周期比小鼠分割鐘長。

目前的研究還顯示了體細胞的大小跟分節(jié)時鐘之間的聯(lián)系。“生成的體細胞具有恒定的大小，跟用于初始體細胞的細胞數(shù)量無關，”Sanaki-Matsumiya說道，“即使初始細胞數(shù)量增加，體細胞的大小也沒有增加。這表明，體細胞有一個首選的物種特定尺寸，這可能是由局部細胞-細胞相互作用、分節(jié)時鐘或其他機制決定的。”

為了進一步研究這個問題，Miki Ebisuya和她的小組現(xiàn)在正計劃培養(yǎng)不同物種的體細胞以進行比較。研究人員已經(jīng)在研究幾個哺乳動物物種--包括兔子、牛和犀牛，并在實驗室建立了一個“干細胞動物園”。

“我們的下一個項目將專注于創(chuàng)造不同物種的體細胞并測量它們的細胞增殖和細胞遷移速度以確定體細胞生成在物種之間有什么不同以及如何不同，”Ebisuya說道。