胚胎模式系统揭示了细胞协调创造惊人的精确的模式

随着胚胎的发展从一点一滴的原始细胞,它的模式为精确、空间组织和组织区域。这就要求单个细胞协调长距离彼此通过释放和检测专用信号分子。如何细胞,只有用这种间接的方式交流,创建这样的精确模式?

加州理工学院的研究人员开发了一种方法来重现在培养皿中细胞间的沟通过程,是在胚胎组织模式。通过这样做,他们已经建立了一个更简单、更容易的方式来观察和操纵这个基本的过程。使用这种方法,研究人员专注于通信系统“刺猬信号通路,建立了空间组织结构在不同组织和器官。他们发现途径拥有一个复杂的分子电路架构,有助于确保精确的模式。

的工作是在实验室完成Elowitz迈克尔生物学和生物工程教授霍华德•休斯医学研究所研究员,生物工程执行官。研究结果发表在一篇出现在5月4日出版的《科学》杂志上。

刺猬通路的正常运行至关重要中枢神经系统的发展,四肢,和许多其他器官和组织。Hedgehog-related基因缺陷导致发育疾病。了解Hedgehog途径正是组织细胞空间将使研究人员能够预测路径的行为,因此反应药物。此外,新技术工程self-patterning细胞在实验室里可以帮助打开新方法工程师空间复杂组织用于再生医学。

在胚胎中,某些细胞(发送方)通过发布广播信息分子,称为形态因子,通过细胞间扩散的环境和周围的细胞(“接收方”)。接收器接近发送者远比细胞形态因子。细胞使用这些定量差异来找出他们在哪里,他们应该成为什么类型的细胞。这样一个看似不稳定机制产生完美的一遍又一遍地胚胎是一个长期存在的难题。

而不是处理复杂的胚胎,许多过程同时发生,很难观察和扰乱特定基因研究人员创建了一个组织如层细胞培养皿中。他们开始与小鼠成纤维细胞;成纤维细胞负责形成动物组织的框架结构。这些细胞“白板”,他们并不会形成自己的组织模式。然后团队综合改造成纤维细胞产生和应对摆渡声波刺猬,细胞用来估计他们的立场在发展中组织.

在感应声波刺猬,每个细胞启动一组信号继电器,修改自己的基因表达。团队转基因细胞发光蓝发送声波刺猬信号时,或发光黄色当收到一个信号。通过这种方式,他们可以观看实时消息流从细胞到细胞。

重要的是,这个新系统允许研究人员有效地重建途径,玩它的架构来帮助他们了解特性使系统产生高度精确的空间格局。通过修改基因的途径,然后使用显微镜电影观察细胞行为,研究人员发现,Hedgehog途径有一个不寻常的分子结构,确保细胞间通信的准确性。

“在生物学中,我们更好地撕系统比把它们联系在一起,”该研究的第一作者说,博士后学者Pulin李。“所以,重建一个多细胞模式系统以外的胚胎可以揭示原则将很难发现在传统的方式。”

“在这里我们知道某些特性的刺猬体系做一次被认为是神秘的,甚至counterintuitive-actually一起工作在一个美丽的方式,以确保精确的模式,“Elowitz说。“这只是一个开始。有了这个系统,我们现在可以想象编程细胞生成更复杂的模式行为,使组织的设计,合成生物学的一个主要目标。”