日本研究人员查明决定管腔脏器长度和粗细的机理,肌肉和软骨决定气管尺寸

生命科学 2018年08月08日
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日本理化学研究所(简称“理研”)与神户大学的联合研发小组,通过小鼠查明了气管等管状脏器(管腔脏器)发育成正确形状的机理。

这项研究成果解释了脏器形成的基本原理,同时还有望应用于再生脏器成型技术,且有助于了解先天性气管狭窄等疾病。

气管、食道、肠道等“管状”脏器的长度、粗细(直径)和位置被精确控制,如果因某种原因变形,就无法发挥正常功能。但此前一直不清楚这些管状脏器形成的机理。

此次,联合研发小组利用正在发育的小鼠,调查了决定气管长度和粗细的机理。调查发现,气管首先纵向生长,然后直径再逐渐扩大。另外,还通过基因功能解析发现,①通过Wnt5a-Ror2信号,细胞极性同步的气管平滑肌形成细胞按圆周方向排列相连,促进气管上皮的纵向延伸;②Sox9基因促进气管软骨组织的分化和生长,对直径进行调节。研究确认,平滑肌和软骨是源自间充质的组织,间充质细胞的极性和分化在管状结构的形成中发挥重要作用

此次的研究成果已于7月19日发布在英国在线科学杂志《自然通讯》(Nature Communications)上。

小鼠气管的管腔结构

图:小鼠气管的管腔结构(周边被图案化的平滑肌(洋红色)和软骨(绿色)覆盖)

小鼠的气管结构(胎生18.5日)

图1:小鼠的气管结构(胎生18.5日)

小鼠胎儿分阶段发育的气管

图2:小鼠胎儿分阶段发育的气管

小鼠胎儿气管内腔面的扩大模式

图3:小鼠胎儿气管内腔面的扩大模式

Wnt5a及Ror2基因变异小鼠的气管形态异常

图4:Wnt5a及Ror2基因变异小鼠的气管形态异常

平滑肌细胞的放射状细胞极性与Wnt5a基因变异小鼠的极性异常

图5:平滑肌细胞的放射状细胞极性与Wnt5a基因变异小鼠的极性异常

组织特异性Sox9基因变异小鼠与Collagen 2a1基因变异小鼠的气管狭窄形态

图6:组织特异性Sox9基因变异小鼠与Collagen 2a1基因变异小鼠的气管狭窄形态

文 客观日本编辑部

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