據(jù)了解，脊柱由33 塊椎骨組成，這些椎骨是由一對稱為體節(jié)的前體結(jié)構(gòu)形成的。體細胞不僅產(chǎn)生我們的椎骨，還產(chǎn)生我們的肋骨和骨骼肌。為了確保這些結(jié)構(gòu)的正確形成，體細胞的發(fā)育受到嚴格控制，每對體細胞在發(fā)育過程中的特定時間點產(chǎn)生。分段時鐘是一組產(chǎn)生振蕩波的基因，它控制著這一過程，每次振蕩都會產(chǎn)生一對新的體細胞。

該研究的第一作者Marina Sanaki-Matsumiya 表示：“我們第一次能夠在實驗室中創(chuàng)建與分段時鐘相關(guān)的人類成熟體細胞的周期性配對。”通過使用這種方法，研究人員開發(fā)了人類體細胞形成的三維體外模型——也稱為“體細胞發(fā)生”。

創(chuàng)建強大的體細胞形成過程

研究小組在誘導(dǎo)細胞分化的信號分子混合物的存在下培養(yǎng)了人類誘導(dǎo)多能干細胞（hiPSC）。三天后，細胞開始伸長并形成前軸（頂部）和后軸（底部）。此時，科學(xué)家們將基質(zhì)膠添加到培養(yǎng)物混合物中?；|(zhì)膠被一些科學(xué)家稱為神奇粉末：對許多發(fā)育過程至關(guān)重要的蛋白質(zhì)混合物。這個過程最終導(dǎo)致體細胞的形成，其在體外相當于人類體細胞的前體結(jié)構(gòu)。

為了測試分節(jié)時鐘是否調(diào)節(jié)這些體節(jié)的體節(jié)形成，研究人員監(jiān)測了參與這一過程的核心基因HES7 的表達模式。他們發(fā)現(xiàn)了振蕩的明顯證據(jù)，特別是在體節(jié)發(fā)生開始時。正在形成的體細胞還具有清晰的上皮化標記——這是其成熟的重要一步。

體細胞大小非常重要

惠比壽屋的團隊研究了我們的胚胎發(fā)育與其他物種的不同以及為何不同。他們用來理解物種之間差異的模型系統(tǒng)之一是節(jié)段時鐘。 2020年，團隊發(fā)現(xiàn)人類分段時鐘的振蕩周期比小鼠分段時鐘更長。

目前的研究還顯示了體細胞大小和分割時鐘之間的聯(lián)系。 Sanaki-Matsumiya 說：“由此產(chǎn)生的體細胞具有恒定的大小，與初始體細胞使用的細胞數(shù)量無關(guān)。” “即使初始細胞的數(shù)量增加，體細胞的大小也不會增加。這表明體細胞具有首選的物種特異性大小，這可能是由局部細胞間相互作用、分段時鐘或其他因素決定的。機制”。

為了進一步研究這一點，Miki Ebisuya 和她的團隊現(xiàn)在正計劃培養(yǎng)來自不同物種的體細胞進行比較。研究人員已經(jīng)在研究幾種哺乳動物，包括兔子、牛和犀牛，并在實驗室中創(chuàng)建了一個“干細胞動物園”。

Ebisuya 說：“我們的下一個項目將集中于創(chuàng)建來自不同物種的體細胞，并測量它們的細胞增殖和細胞遷移率，以確定體細胞生成在物種之間的差異?！?