李光副教授和王義權(quán)教授團(tuán)隊(duì)在Development雜志發(fā)表胚胎左右對(duì)稱(chēng)打破相關(guān)研究論文
1月13日，我院李光副教授和王義權(quán)教授團(tuán)隊(duì)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(yùn)動(dòng)和Hh信號(hào)在文昌魚(yú)左右不對(duì)稱(chēng)建立中的功能及調(diào)控機(jī)制，為理解胚胎的左右對(duì)稱(chēng)如何打破提供了新的見(jiàn)解。這是該團(tuán)隊(duì)在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS，2017）和《發(fā)育》（Development，2017）上發(fā)表有關(guān)文昌魚(yú)左右不對(duì)稱(chēng)建立機(jī)制研究之后的又一篇相關(guān)研究。
我們生活中常見(jiàn)的動(dòng)物（包括人）大都屬于兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物，因?yàn)閺耐獠啃螒B(tài)看它們都是左右對(duì)稱(chēng)的。然而如果從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，這些生物卻是左右不對(duì)稱(chēng)的。比如人（或其他脊椎動(dòng)物）的心臟總位于身體左側(cè)，而肝臟則總位于身體右側(cè)。這種不對(duì)稱(chēng)性在不同個(gè)體間十分穩(wěn)定，說(shuō)明其建立過(guò)程受到嚴(yán)格調(diào)控。有趣的是這種不對(duì)稱(chēng)性建立于個(gè)體發(fā)育早期，由左右完全對(duì)稱(chēng)的早期胚胎發(fā)育而來(lái)。那么是什么樣的機(jī)制將早期胚胎的對(duì)稱(chēng)性打破，并驅(qū)使胚胎向著左右不對(duì)稱(chēng)方向發(fā)育的呢？基于脊椎動(dòng)物模型（如小鼠、斑馬魚(yú)等）的研究發(fā)現(xiàn)，存在于早期神經(jīng)胚后端的節(jié)點(diǎn)流（nodal flow，由節(jié)點(diǎn)處運(yùn)動(dòng)纖毛定向轉(zhuǎn)動(dòng)引起的液流）是打破左右對(duì)稱(chēng)的直接驅(qū)動(dòng)力。需要說(shuō)明的是節(jié)點(diǎn)流屬于物理性信號(hào)。那么這一物理信號(hào)又是如何被轉(zhuǎn)化成生物信號(hào)，并進(jìn)而誘導(dǎo)基因（如Cer、Nodal等）不對(duì)稱(chēng)表達(dá)的呢？過(guò)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(diǎn)流調(diào)控的最早開(kāi)始左右不對(duì)稱(chēng)表達(dá)的基因。該團(tuán)隊(duì)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(dá)所必須，敲除該基因可導(dǎo)致Cer基因無(wú)法轉(zhuǎn)錄。因而暗示Hh基因位于Cer的上游（Development，2017）。在該研究中他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，Hh蛋白及Hh信號(hào)靶基因Ptch是左右不對(duì)稱(chēng)分布的，且其出現(xiàn)時(shí)間和位置與Cer不對(duì)稱(chēng)表達(dá)時(shí)間和位置重疊，而當(dāng)過(guò)激活Hh信號(hào)時(shí)可引起Cer在左側(cè)異位表達(dá)。從而證明了Hh信號(hào)的不對(duì)稱(chēng)性（右邊>左邊）可能是導(dǎo)致Cer基因不對(duì)稱(chēng)表達(dá)的（右邊>左邊）重要誘因。該研究還顯示，抑制胚胎纖毛運(yùn)動(dòng)可阻斷Hh蛋白的不對(duì)稱(chēng)分布，并進(jìn)而引起胚胎左右不對(duì)稱(chēng)發(fā)生異常；而去除胚胎纖毛可阻斷Hh信號(hào)傳導(dǎo)，同樣導(dǎo)致胚胎左右不對(duì)稱(chēng)發(fā)生異常。這些結(jié)果說(shuō)明，纖毛運(yùn)動(dòng)是導(dǎo)致Hh蛋白不對(duì)稱(chēng)分布的驅(qū)動(dòng)力，而纖毛本身又為Hh信號(hào)傳導(dǎo)所必須。因而該研究不僅論證了纖毛在文昌魚(yú)左右不對(duì)稱(chēng)建立中的功能，還揭示了纖毛運(yùn)動(dòng)這一物理信號(hào)是如何通過(guò)影響形態(tài)發(fā)生素Hh蛋白的分布（生物信號(hào)）進(jìn)而導(dǎo)致基因不對(duì)稱(chēng)表達(dá)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(duì)稱(chēng)如何打破提供了新的見(jiàn)解。在該論文發(fā)表時(shí)，Development雜志還在其The people behind the papers專(zhuān)欄對(duì)論文的主要參與者進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)采訪報(bào)道，并通過(guò)其官方微信號(hào)對(duì)該論文進(jìn)行了宣傳。
纖毛及Hh信號(hào)參與文昌魚(yú)左右不對(duì)稱(chēng)建立的機(jī)制
廈門(mén)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生朱鑫為該文第一作者，李光副教授和王義權(quán)教授為該文的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)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
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（生命科學(xué)學(xué)院）
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