从对称到不对称：生命的两面

时间：2021-06-17 00:00:00 来源：网络整理

从外表看，动物通常是两侧对称，左右对称。然而，这种平衡并不总是反映在内部，因为一些器官，如肺和肠是左右不对称的。大阪大学的研究人员利用一种创新技术，对活体组织中细胞核的运动进行成像，确定了核排列的模式，该模式导致发育中的胚胎内部器官的低频不对称形状。

胚胎发生涉及到复杂的遗传和分子过程，将一个单细胞受精卵转化为一个完整的、具有多个功能轴的活个体，包括LR轴。发育生物学长期以来的一个难题是，胚胎发育过程中LR对称性的打破导致了器官和身体其他结构沿LR轴的偏侧化(一方优于另一方)。诱发LR不对称的机制在脊椎动物中是众所周知的;然而，无脊椎动物的生物力学仍然不确定。

研究小组重点研究了果蝇肠道的发育，特别是前中肠(AMG)作为研究无脊椎动物中肠不对称发育的合适模型。“正常的器官发育通常需要细胞核移动到细胞内的特定位置，”第一作者申东孙解释道。“我们之前的研究揭示了分子信号通路和蛋白质对不对称发育的生物力学控制，但动力学尚未确定。”

为了应对活体组织中核的动态跟踪的挑战，研究人员创新了一种研究核迁移的新方法。利用共聚焦激光扫描显微镜，他们获得了免疫染色果蝇中肠在适当胚胎阶段的三维(3D)延时视频。然后，应用数学建模和计算成像技术，他们生成了内脏肌肉核迁移的3d表面动画模型。

通过3-D延时电影，研究人员确定了AMG肌核最初沿着前后(从前到后)轴的慢速对称分布，这被称为“适当的核定位”。此外，他们还生动地描绘了“集体核行为”，即密集的核主动地用LR对称重新排列它们的相对位置。这种对称的初始“适当的核定位”和“集体核行为”负责随后的lr -不对称发展的AMG。相反，对转基因果蝇胚胎的实验表明，当核与lr不对称对齐时，随后的lr不对称AMG的发育就会消失。众所周知，细胞核是细胞内最坚硬的细胞器。因此，基于这些结果，研究人员推测，如果细胞核集体排列，它们可能像结构支柱一样，支持肠道的结构，并在其发育过程中影响lr形状的不对称变化。

资深作者Kenji Matsuno解释了他们发现的潜力:“这种追踪重要组织中移动的核的新方法帮助澄清了核排列在正常发育过程中内部器官不对称形成中的作用。此外，我们的研究结果有望用于控制再生器官的形状。这一研究成果有可能影响未来器官再生的研究，这类研究有可能应用于培育人造器官来模拟疾病机制。”

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"Collective nuclear behavior shapes bilateral nuclear symmetry for subsequent left-right asymmetric morphogenesis in Drosophila" was published in Development at DOI: https://doi.org/10.1242/dev.198507

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