像所有脊椎动物一样,蛇、小鼠和人类都有一个由块块椎骨形成的骨架。但自颈部到尾部,蛇从所用椎骨中延伸出来了200~400条肋骨,而小鼠只有13对肋骨,人类是12对,所有这些肋骨形成了胸廓。
葡萄牙古尔班基安科学研究所研究人员在最新出版的《发育细胞》上撰文指出,与我们所认为的相反,肋骨的形成不是脊椎动物的默认状态,实际上是基因Hox活性相对平衡的动态过程。
一般认为,小鼠胚胎中没有肋骨的地方是由Hox10基因所驱动的肋骨抑制程序造成的。过去有研究发现,抑制小鼠胚胎Hox10基因后,小鼠长出了多余的肋骨。然而,激活小鼠胚胎无肋骨部位的Hox6基因发现,在小鼠颈部和胸廓以后,直到尾部也长出了肋骨,有点像蛇的骨架。
“研究结果明确表明,这两种基因相互平衡:一种是促进肋骨在胸部形成,另一种是阻止肋骨在腰部形成。”
研究人员把这两种基因的作用分开来研究有了另一个惊人发现:整个过程首先要激活胚胎里所谓的肌肉基因,通过该基因开启“肋骨”基因,然后再形成肋骨和肌肉。
研究所揭示的是一个超出我们想象的复杂过程,也是一个从功能和进化角度讲有完美意义的过程。对于只形成肌肉而不形成肋骨自然不好,所以在胚胎中,肋骨和它所附属的肌肉是在同一种信号和协调机制下产生的。
原文出处:
Developmental Cell doi:10.1016/j.devcel.2010.02.011
Evidence for a Myotomal Hox/Myf Cascade Governing Nonautonomous Control of Rib Specification within Global Vertebral Domains
Tania Vinagre, Natalia Moncaut, Marta Carapu?o, Ana Nóvoa, Joana Bom, Moisés Mallo
Hox genes are essential for the patterning of the axial skeleton. Hox group 10 has been shown to specify the lumbar domain by setting a rib-inhibiting program in the presomitic mesoderm (PSM). We have now produced mice with ribs in every vertebra by ectopically expressing Hox group 6 in the PSM, indicating that Hox genes are also able to specify the thoracic domain. We show that the information provided by Hox genes to specify rib-containing and rib-less areas is first interpreted in the myotome through the regional-specific control of Myf5 and Myf6 expression. This information is then transmitted to the sclerotome by a system that includes FGF and PDGF signaling to produce vertebrae with or without ribs at different axial levels. Our findings offer a new perspective of how Hox genes produce global patterns in the axial skeleton and support a redundant nonmyogenic role of Myf5 and Myf6 in rib formation.