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放大字体  缩小字体 发布日期:2019-10-08 08:45  浏览次数:0
摘 要:塔夫斯大学和哈佛医学院的艾伦发现中心的科学家们揭示了在肢体形成的情况下,胚胎内形成的电模式引发了一系列分子变化,最终导致
 塔夫斯大学和哈佛医学院的艾伦发现中心的科学家们揭示了在肢体形成的情况下,胚胎内形成的电模式引发了一系列分子变化,最终导致软骨和骨骼的发育。今天发表在《美国国家科学院学报》上的这项研究有助于回答发育生物学中的一个核心问题:“发育中的胚胎中未成熟的细胞如何分化并组织成一个身体?”
 
先前的研究显示胚胎发育过程中存在着明显的电模式,其中一些类似于胚胎发育成熟后最终形成的组织和器官的蓝图。电模式是通过将电荷的离子泵入和流出细胞膜而产生的,从而在膜屏障上产生电压势能。类似于神经系统的细胞,膜电压电位通过电突触传播,并为细胞与邻居通信和协调活动提供了一种途径。
 
在小鼠和鸡胚胎中进行的一项新研究表明,电压门控钙通道(VGCC)嵌入细胞膜中,并通过电压触发使钙离子(Ca2+)流入细胞,从而启动了诱导分化为成熟细胞的基因的表达。
 
电压门控离子通道已知在气管软骨的形成中起作用,并且VGCCs的突变也与人类畸形有关,包括Timothy综合征患者的指并指(融合指)。这项研究现在指出了VGCCs在“解读”胚胎的生物电模式中的作用,以使基因和蛋白质表达机制在身体发育中发挥作用。
 
研究人员观察了小鼠和鸡胚胎发育中的肢体,发现肢芽最初是超极化的,细胞外钙离子比内部增加1000倍,成长的肢体的核心变成了软骨形成的去极化;(钙离子流入细胞中和电压)。他们发现,去极化是由VGCCS介导的,允许钙离子向内流动,这反过来又激活了一种称为NFATC1的遗传转录因子,这反过来又启动了分化成成熟软骨细胞所需的其他基因的表达。VCGG研究(CAV1.2)被认为是正常软骨形成所必需的,而NFATC1被证实促进软骨细胞的体外分化。
 
更密切地观察CAV1.2的作用,研究人员发现它主要参与细胞分化成软骨的早期阶段。研究人员认为,其他VGCC可能参与发育的后期阶段,其他转录因子可能通过软骨和骨形成过程中细胞内钙的增加而激活。
 
“很明显,虽然我们已经发现电压门控钙通道在读取胚胎的生物电模式中的重要作用,但我们需要继续工作,以了解许多不同离子通道和遗传因素在整个发育阶段的作用,”Tufts艾伦发现中心的副主任Cliff Tabin说。哈佛医学院Blavatnik研究所遗传学系主任。
 
“我们刚刚开始理解胚胎发育的“软件”(电模式)是由“硬件”(细胞的基因和蛋白质)创造和解释的,以使细胞能够合作和组织成一个高度图案化的身体,“艺术与科学学院生物学教授Vannevar Bush说,”Michael Levin说。塔夫茨艾伦发现中心主任。”我们与Tabin实验室的遗传学团队合作,将这个领域扩展到一个非常重要的模型——脊椎动物肢体,这是我们如何更好地理解生物学中的物理学的一个伟大的例证。”
 
 
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