李光副教授和王義權教授團隊在Development雜志發(fā)表胚胎左右對稱打破相關研究論文
1月13日，我院李光副教授和王義權教授團隊在Development雜志上在線發(fā)表題為“Cilia-driven asymmetric Hedgehog signalling determines the amphioxus left-right axis by controlling Dand5 expression”的研究論文。該研究深入闡述了纖毛運動和Hh信號在文昌魚左右不對稱建立中的功能及調(diào)控機制，為理解胚胎的左右對稱如何打破提供了新的見解。這是該團隊在《美國科學院院刊》（PNAS，2017）和《發(fā)育》（Development，2017）上發(fā)表有關文昌魚左右不對稱建立機制研究之后的又一篇相關研究。
我們生活中常見的動物（包括人）大都屬于兩側對稱動物，因為從外部形態(tài)看它們都是左右對稱的。然而如果從內(nèi)部結構看，這些生物卻是左右不對稱的。比如人（或其他脊椎動物）的心臟總位于身體左側，而肝臟則總位于身體右側。這種不對稱性在不同個體間十分穩(wěn)定，說明其建立過程受到嚴格調(diào)控。有趣的是這種不對稱性建立于個體發(fā)育早期，由左右完全對稱的早期胚胎發(fā)育而來。那么是什么樣的機制將早期胚胎的對稱性打破，并驅(qū)使胚胎向著左右不對稱方向發(fā)育的呢？基于脊椎動物模型（如小鼠、斑馬魚等）的研究發(fā)現(xiàn)，存在于早期神經(jīng)胚后端的節(jié)點流（nodal flow，由節(jié)點處運動纖毛定向轉動引起的液流）是打破左右對稱的直接驅(qū)動力。需要說明的是節(jié)點流屬于物理性信號。那么這一物理信號又是如何被轉化成生物信號，并進而誘導基因（如Cer、Nodal等）不對稱表達的呢？過去的研究并未給出明確解釋，而只給出了幾種可能模型。在這些模型中，two-cilia（雙纖毛）模型和morphogen（形態(tài)發(fā)生素）模型最為流行。
Cer是目前已知的受節(jié)點流調(diào)控的最早開始左右不對稱表達的基因。該團隊在前期研究中發(fā)現(xiàn)，Hh基因（一種形態(tài)發(fā)生素）為Cer基因表達所必須，敲除該基因可導致Cer基因無法轉錄。因而暗示Hh基因位于Cer的上游（Development，2017）。在該研究中他們進一步發(fā)現(xiàn)，Hh蛋白及Hh信號靶基因Ptch是左右不對稱分布的，且其出現(xiàn)時間和位置與Cer不對稱表達時間和位置重疊，而當過激活Hh信號時可引起Cer在左側異位表達。從而證明了Hh信號的不對稱性（右邊>左邊）可能是導致Cer基因不對稱表達的（右邊>左邊）重要誘因。該研究還顯示，抑制胚胎纖毛運動可阻斷Hh蛋白的不對稱分布，并進而引起胚胎左右不對稱發(fā)生異常；而去除胚胎纖毛可阻斷Hh信號傳導，同樣導致胚胎左右不對稱發(fā)生異常。這些結果說明，纖毛運動是導致Hh蛋白不對稱分布的驅(qū)動力，而纖毛本身又為Hh信號傳導所必須。因而該研究不僅論證了纖毛在文昌魚左右不對稱建立中的功能，還揭示了纖毛運動這一物理信號是如何通過影響形態(tài)發(fā)生素Hh蛋白的分布（生物信號）進而導致基因不對稱表達的。該發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一了雙纖毛和形態(tài)發(fā)生素模型，為理解胚胎的左右對稱如何打破提供了新的見解。在該論文發(fā)表時，Development雜志還在其The people behind the papers專欄對論文的主要參與者進行了專門采訪報道，并通過其官方微信號對該論文進行了宣傳。
纖毛及Hh信號參與文昌魚左右不對稱建立的機制
廈門大學生命科學學院博士生朱鑫為該文第一作者，李光副教授和王義權教授為該文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金委和中央高校基本科研基金的資助。
原文鏈接：https://dev.biologists.org/content/147/1/dev182469.long
采訪鏈接：https://dev.biologists.org/content/147/1/dev187062.long
微信宣傳鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/cc4dJBCGl0H773UMBfstaA
（生命科學學院）
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