器官发育的基本工具包被海星照亮

在几乎每个生物体中展开的最基本和最关键的胚胎过程之一是形成各种空心的管状结构。这些管子可能形成血管或消化道，并通过分支和分化形成复杂的器官，包括心脏、肾脏和乳腺。

这些过程中的异常可导致先天性疾病，例如功能障碍、移位或不对称的器官，以及血管或其他再生器官的再生缺陷。尽管它至关重要，但由于动物用于形成管状结构的策略多种多样，胚胎发生过程中空心管形成的一般机制尚不清楚。进入海星，这是一种古老的海洋生物，其管状生成过程相对容易研究，并且正在成为了解管形成遗传和力学的重要生物。

在9月<>日的《自然通讯》杂志上，海洋生物实验室(MBL)的Margherita Perillo和合作者详细揭示了海星Patiria miniata管形成的开始和早期阶段。“我们的大多数器官都是管状的，因为它们需要运输液体、气体、食物或血液。更复杂的器官，如心脏，从管子开始，然后发展出不同的结构。因此，肾小管生成是形成我们所有器官的一个非常基本的步骤，“Perillo说。

Perillo选择海星作为研究生物，“因为我想了解所有脊椎动物都保守的管形成的基本机制。所以我需要一种动物，它沿着生命之树在底部，在脊索动物之前[进化]，“她说。使用CRISPR和其他技术来分析基因功能，以及发育中的海星幼虫的长时间延时电影，Perillo及其同事确定了这种生物体如何产生从肠道分支出来的管子。

她的研究定义了脊索动物管状器官可能已经发育的基本工具包。(脊索动物包括脊椎动物 - 鱼类，两栖动物，爬行动物，鸟类和哺乳动物 - 以及一些无脊椎动物亚门)。

Perillo说，生物学中的一个悬而未决的问题是生物体如何从一个细胞发育成各种器官的复杂3D管状结构。在苍蝇等一些生物中，“在所有细胞开始产生非常复杂的迁移模式以拉长，改变形状并成为管子之前，会有一大轮细胞增殖，”她说。

在其他动物中，包括哺乳动物，细胞增殖和迁移同时发生。就海星而言，“我发现，为了形成管子，细胞可以同时增殖和迁移”，就像它们在脊椎动物发育中所做的那样。“所以，这意味着这种制造器官的机制已经在脊索动物进化的基础”或根源上建立起来，她说。

Perillo建议，除了提供导致器官形成的基本过程的见解外，海星还可以作为许多生物医学研究的模型。例如，她发现一种名为Six1/2的基因是管形成分支过程的关键调节因子。在小鼠中，敲除Six1/2会导致肾脏异常形成。但研究人员发现，缺乏这种基因的小鼠即使注射肿瘤细胞也能抵抗肿瘤形成。该基因在癌细胞中过度表达，可能导致研究疾病进展(包括癌症)的新方法。

“我现在不仅可以使用这个基因来了解我们的器官是如何发育的，还可以了解当我们患有疾病时器官会发生什么，尤其是癌症，”她说。“我希望，在最多10到<>年内，我们将能够使用这个基因来测试器官如何发展癌症以及癌症如何转移。

海星胚胎具有许多实际的实验优势，Perillo说。它们大多是透明的，因此可以在长时间的发育期间直接观察到内部生长过程，而不会伤害生物体。它们也很容易全年大量收集和繁殖，“所以我总是有很多材料可以使用。

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