海星照亮了器官发育的基本工具包
几乎在每个生物体中展开的最基本和最关键的胚胎过程之一是各种中空管状结构的形成。这些管子可能形成血管或消化道，并通过分支和分化形成包括心脏、肾脏和乳腺在内的复杂器官。这些过程中的异常会导致先天性疾病，例如器官功能障碍、移位或不对称，以及血管或其他再生器官的再生缺陷。
尽管具有根本重要性，但由于动物用于形成管状结构的策略多种多样，因此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，一种古老的海洋生物，其管状形成过程相对容易研究，并且正在成为了解管形成的遗传学和力学的重要生物。在 5 月 9 日的Nature Communications中，海洋生物实验室(MBL)的Margherita Perillo和合作者详细揭示了海星Patiria miniata 中管形成的开始和早期阶段。 “我们的大部分器官都是管状的，因为它们需要输送液体、气体、食物或血液。更复杂的器官，如心脏，开始时是一根管子，然后发展出不同的结构。因此，小管发生是形成我们所有器官的一个非常基本的步骤，”Perillo 说。
Perillo 选择海星作为研究对象，“因为我想了解在所有脊椎动物中都保存下来的管道形成的基本机制。所以我需要一种动物，它位于生命之树的底部，先于脊索动物[进化]，”她说。
使用 CRISPR 和其他技术分析基因功能，以及发育中的海星幼虫的长时间延时电影，Perillo 和他的同事确定了这种生物体如何产生从其肠道分支出来的管子。她的研究定义了一个基本工具包，脊索管状器官可能从中发展而来。(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是如何从一个细胞发育成各种器官的复杂 3D 管状结构的。在一些生物体中，例如苍蝇，“在所有细胞开始形成非常复杂的迁移模式以伸长、改变它们的形状并变成管之前，会有一轮大的细胞增殖，”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，为了形成管状结构，细胞可以同时增殖和迁移”，就像它们在脊椎动物发育过程中所做的那样。“所以，这意味着这种制造器官的机制已经建立在”脊索动物进化的基础上，她说。
Perillo 建议，除了提供对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 的基因是管形成中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，缺乏该基因的小鼠即使注射了肿瘤细胞也能抵抗肿瘤的形成。该基因在癌细胞中过度表达，可能会导致研究疾病进展的新方法，包括癌症。
“我现在不仅可以利用这个基因来了解我们的器官如何发育，还可以了解当我们患上疾病，尤其是癌症时，器官会发生什么变化，”她说。“我的希望是，最多在 5 到 10 年内，我们将能够使用该基因来测试器官如何发展为癌症以及癌症如何转移。”
Perillo 说，海星胚胎具有许多实际的实验优势。它们大多是透明的，因此可以在长期发育期间直接观察内部生长过程，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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