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Nature:我们的身体如何承受地球重力并呈现其三维形状?

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最近,来自英国巴斯大学、日本东京医科牙科大学和广岛大学等处的一个研究小组,解开了一个百年谜题——我们的身体如何承受地球重力并呈现其三维形状。


100年前,数学生物学家D'Arcy Thompson预言,体型会受重力的影响。他提出,如果地球上的重力增加一倍,人类就不能两条腿走路,大多数动物会像短尾巴蜥蜴那样。


这不可能进行测试,因为直到现在,一直没有合适的实验动物模型来研究动物身体如何抵抗重力,反过来地球重力如何影响体型。


这个国际研究小组由巴斯大学再生医学中心博士Makoto Furutan-Seiki教授、Hiroshi Nishina教授和奥地利的Carl Philipp Heisenberg教授带领,他们发现了一个基因,能帮助人体抵抗重力,并示范了当该系统发生错误时会出现什么后果。


从2D到3D


相关研究结果发表在三月十六日的《自然》(Nature),他们发现,在青鳉鱼中当一个基因(叫做YAP)被破坏时,组织就扭曲向重力方向,也没有正确对齐,从而导致在一种扁平的、近乎二维的体型。他们发现,在人类细胞中破坏YAP基因,也能阻止细胞形成三维集群。


该研究小组发现,YAP是产生细胞内和细胞之间力量的分子机制的一个关键调节因子,从而使细胞呈现其三维形状,并且排列正确以形成复杂的器官,如眼睛。


例如,人的眼睛是由一个晶状体和一个杯状结构组成。视觉要求这个晶状体和杯状结构都有其独特的三维形状,并且晶状体排列于杯状体的中心。在这之前科学家们一直深信,存在一种机制将3D组织形状和组织定位联系起来。


Furutani-Seiki博士解释说:“YAP系统的工作原理,有点像那些拳击木偶玩具,当你用大拇指推动它时会倒塌。”


“通过识别YAP的这个新功能,我们证明了‘我们身体如何呈现其三维形状’的一种关键机制。简单的说,没有YAP基因,我们的内外都将变得不同——或许更像短腿的蜥蜴,像D'Arcy Thompson所写的。令人兴奋的是,这一发现可能带领很多领域、特别是再生医学领域的发展。”


越来越多的器官用于移植


这项工作,是由英国医学研究委员会与日本科学技术机构资助,也可以为全世界制备复杂器官用于移植(例如眼睛)的组织工程师们,提供有益的见解。这个团队也发现,在发育的胚胎中,这一相同机制是组织正确定位的原因。


本文共同作者、巴斯大学的Stefan Bagby博士评论说:“目前,我们可以在实验室中培育三维的细胞集群,但无法复制单个组织的精确结构和多个组织的定位,这是制备复杂器官(如眼睛或心脏)所必需的。我们希望,根据YAP在组织定位中的重要作用,我们就能实现‘在实验室制备复杂器官用于移植’的目标。”


原文链接:YAP is essential for tissue tension to ensure vertebrate 3D body shape


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