我們終于看到了人類手指和腳趾是如何生長的

人類的手指和腳趾不會像你想象的那樣向外生長。取而代之的是，我們靈巧的手指被“雕刻”在一個更大的基礎芽中。

現(xiàn)在第一個人類細胞圖譜早期肢體發(fā)育終于以精致的細節(jié)揭示了這是如何發(fā)生的。

在此之前，我們對脊椎動物肢體發(fā)育的理解主要基于模式生物，如小鼠和雞胚胎，以及實驗室培養(yǎng)的干細胞.

雖然人類有一些相似之處對于其他脊椎動物，它們的生物學顯然與我們不同。

早期肢體形成的細節(jié)也因技術(shù)限制而變得有些模糊，現(xiàn)在已經(jīng)超越了，并且限制使用人類胚胎進行超過14天的研究，一條規(guī)則已經(jīng)放寬了在嚴格的道德規(guī)定下。

到目前為止，這幅畫有四肢初期興起作為從胚胎體側(cè)面突出的無形肢芽。八周后，如果一切按計劃進行，這些袋子已經(jīng)變成了解剖學上獨特的、可識別的四肢，包括手指和腳趾。

這是早期胚胎發(fā)育中一個非凡的過程，可以說是我們最定義人體特征：我們長而細長的拇指.

2014年科學家描述在胚胎發(fā)育的精確時刻表達的特定分子如何塑造手指和腳趾的形成，盡管這些預測是基于對實驗數(shù)據(jù)的模擬。

現(xiàn)在，由中國中山大學細胞生物學家張寶領導的一個國際團隊通過分析來自捐贈胚胎組織的數(shù)千個單細胞，對這一過程進行了精細的著色，這些單細胞的發(fā)育時間在5到9周之間。

“我們從125,955個捕獲的單個細胞中確定了67個不同的細胞簇，并將它們在四個孕早期時間點進行了空間映射，以揭示肢體發(fā)育的新視角，”該團隊寫在他們發(fā)表的論文中。

“在這樣做的過程中，我們發(fā)現(xiàn)了幾種新的細胞狀態(tài)，”他們加.

“我們揭示的是一個高度復雜且受到精確監(jiān)管的過程，”說Hongbo Zhang，資深作者，中國中山大學細胞生物學家。

“這就像看著一個雕塑家在工作，鑿開一塊大理石，露出一件杰作。在這種情況下，大自然是雕塑家，其結(jié)果是我們的手指和腳趾的復雜性令人難以置信。

正如你在下面的視頻中看到的，研究人員繪制了基因表達模式，以了解這些遺傳指令如何塑造數(shù)字的形成方式。

從朦朧的開始，IRX1（在下面的視頻中以水綠色表示）的表達，一種對手指形成至關(guān)重要的基因，以及SOX9（在視頻中以洋紅色表示），一種對骨骼發(fā)育至關(guān)重要的基因，在發(fā)育中的肢體中以五個不同的長度重疊。

在發(fā)育約 7 周時，程序性細胞死亡指令在聚集在這些長度之間的未分化細胞中開啟（與 MSX1 的表達相關(guān)，在視頻中以黃色表示），并顯示輪廓分明的手指和腳趾。

就像一塊大理石被這些基因的表達雕刻成杰作一樣，我們的手指和腳趾從頭到腳被鑿出，因為不需要的細胞會消退。

此過程中的小違規(guī)行為可導致肢體畸形，其中每 500 人中就有 1 人與生俱來 - 使它們成為出生時最常報告的綜合征之一。

研究人員還繪制了與先天性疾病相關(guān)的基因的表達圖譜，例如短手指（短指（brachydactyly）） 或蹼狀數(shù)字 （并指畸形），以更好地了解肢體發(fā)育偏離軌道的位置。

“我們第一次能夠捕捉到肢體發(fā)育的非凡過程，直至空間和時間上的單細胞分辨率，”說莎拉·泰希曼（Sarah Teichmann），惠康桑格研究所（Wellcome Sanger Institute）的資深作者和計算生物學家。

她說，創(chuàng)建單細胞圖譜“加深了我們對解剖學復雜結(jié)構(gòu)如何形成的理解，幫助我們揭示人類健康發(fā)育背后的遺傳和細胞過程，對研究和醫(yī)療保健具有許多意義。

重要的是，研究人員還表明，人類和小鼠的肢體形成確實遵循相似的軌跡，在激活的基因和細胞類型方面存在一些差異。

該研究已發(fā)表在自然界.

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