器官发育中的左派和右派

新的研究绘制了微小细胞传感器的工作，这些传感器决定了我们器官的正确位置。

虽然人体在左右轴线上是外部对称的，但许多内脏器官的形状、大小和位置存在显着的左右不对称性，包括心脏、肺、肝、胃和大脑。这些不对称性可以从良性到严重不等，导致影响多个器官的各种疾病。

发育生物学家长期以来一直着迷于这种不对称性是如何产生的。

科学家们早就知道，左右不对称发生在胚胎早期发育过程中，由一种称为左右组织者的结构驱动，该结构由一小簇细胞组成。在“组织者”内，运动纤毛，细胞表面的毛状结构，快速跳动以产生细胞外液的左向流动，这是左右差异的第一个向外迹象。

虽然研究表明，这种早期流动对于区分左右流动至关重要，但这种流动如何被感知并转化为左右不对称仍然未知。

现在，由马萨诸塞州总医院的哈佛医学院研究人员领导的一项新研究回答了这个问题。

研究小组的发现表明，纤毛 - 作为流动的创造者 - 也充当流动施加的生物力学力的传感器，以塑造发育中的胚胎的左右身体计划。

研究结果发表在《科学》杂志上。

“许多团体近25年的工作表明，组织者中的纤毛和流动对于建立身体左右不对称性是绝对必要的，”HMS医学助理教授，该研究的资深作者，麻省总医院心血管研究中心的研究员Shiaulou Yuan说。“但我们还没有合适的工具或技术来研究这一切是如何最终运作的。

对于他们的工作，研究人员使用斑马鱼作为左右发展的模型，并采用了由定制显微镜和机器学习分析组成的新型光学工具包。

他们部署了一种称为光镊的新颖工具，这是一种使用光来固定和移动微观物体的方法，类似于牵引光束。这首次使机械力能够精确地传递到完整活体动物的纤毛上。

利用这些工具，研究人员发现纤毛是细胞表面机械感觉，对于发育中的身体和器官(如心脏)的左右不对称很重要。

通过使用光镊对斑马鱼左右组织者的纤毛施加机械力，研究小组表明，组织者纤毛的一个子集感知并将流动力转化为钙信号，控制斑马鱼左右发育。

左右不对称的缺陷与一系列人类疾病有关，包括异型综合征，一种以各种器官的异常定位和结构缺陷为特征的疾病;原发性睫状运动障碍，一种以反复呼吸道感染和几种形式的先天性心脏病为特征的疾病。

“从这项研究中收集的知识不仅促进了我们对控制人体发育的基本细胞过程的理解，”袁说，“它还可能为开发这些疾病的新型诊断开辟新的途径。

他补充说，这项工作可能为纤毛信号传导和机械传感的靶向治疗铺平道路，以改善结果。

Yuan和他的同事们继续研究控制纤毛力传感的分子机制。他们还继续开发新的策略来可视化和操纵纤毛信号传导，其长期目标是开发治疗纤毛相关疾病的新工具。

“这些结果，以及使它们成为可能的工具，为胚胎的发育模式提供了一个新的窗口，也打开了潘多拉的盒子，”南加州大学生物学和生物工程教务长教授斯科特弗雷泽说。“它提醒我们，关于纤毛信号传导和机械生物学如何影响发育和疾病，我们还有很多东西需要了解。

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