人类分割时钟的证据揭示了胚胎的椎骨tick

创建脊柱是一项不小的壮举。在人类中，必须有33个互锁的骨头在一起才能保护脊髓。这些椎骨相互连接，并与肌肉，神经和韧带紧密相连。

必须通过一系列连续步骤在分子水平上精心安排椎骨的排列-该过程由分段时钟控制。尽管已经在许多动物中记录了分割时钟，但在人类中，在胚胎发育的第三周(通常是在女人意识到自己怀孕之前)，脊柱及其椎骨就形成了，这使得研究变得更加困难。为了重现导致正确形成人体脊柱的分子步骤，Brigham and Women's Hospital的研究人员开发了一种在碟子中的模型，让他们研究导致细分时钟滴答作响的原因。这项工作为我们的胚胎发育带来了重要见解。结果发布在本周大自然。

布莱格姆大学病理学系首席研究员奥利维尔·普基奎(OlivierPourquié)博士说：“我们已经开发出了一种功能强大的系统，用于解剖人类的分割时钟。”“在此之前，不可能捕捉到椎骨发育的复杂性，但是现在我们的系统开辟了一个全新的可能性范围。”

二十年前，Pourquié实验室首次为分割时钟提供了证据，该时钟控制着鸡胚中椎体前体的节律产生。多年来，Pourquie和其他人已经证明它存在于老鼠，蛇，青蛙，斑马鱼甚至昆虫中。分割时钟控制分子信号通路的周期性激活，有点像节拍器保持椎骨发育的节拍。然后，将由分段时钟传递的时间脉冲转换为周期性的椎骨序列。

在本周的《自然》杂志上，他们报告了人类分割时钟的存在和特征。(该期刊的同一期中包括建立先天性脊柱侧弯模型的论文，该模型是一种严重的脊椎节段性疾病，其中牵涉到节律性时钟。)采用类似于开发微型大脑和​​其他微型器官的方法在一个盘子中，Pourquié及其同事哄骗了人类诱导的多能干细胞(iPSC)，发展成为近轴中胚层细胞，这些细胞形成了肌肉和椎骨。研究小组仔细研究了随着细胞发育而打开和关闭的分子开关的特征。

研究人员报告说，人多能细胞向肌肉骨骼谱系的分化非常有效，只需在培养基中添加两种化合物，即可在2至3天内以90%以上的效率实现。他们还能够测量人类分段时钟的时钟周期。在小鼠中，时钟的每个滴答声(代表单个椎骨的所有前体的聚集)大约需要两个小时。在人类中，每个tick大约需要五个小时，相当于一个人类胚胎完全发育所需要的时间更长。

建立用于椎骨发育的实验室模型可以帮助研究人员回答有关与脊柱和肌肉组织有关的疾病和状况的关键问题。

“这是理解和研究导致先天性脊柱侧凸等疾病的分割缺陷的理想系统，”Pourquié说。“我们的实验室对杜兴氏肌营养不良症以及利用干细胞疗法的潜力以及对肌肉组织发育的更深入了解也非常感兴趣。我们的研究已经向我们表明，重建这些细胞的每个发育步骤至关重要。”

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