葡團隊關閉一發育基因 意外製造 6 腳「科學怪鼠」

最新刊於《自然通訊》的研究指,一個基因實驗意外令正常的小鼠胚胎,變成 6 腳「科學怪鼠」,而多出的後腿更是在其生殖器官附近。

該個葡萄牙研究團隊比較 10 至 17 天大,有和無帶功能 Tgfbr1 基因版本的小鼠胚胎;而 Tgfbr1 編碼 Tgfbr1 受體蛋白,為胚胎形成身體提供從軀幹到尾部的方向,並為發育中的胚胎細胞提供製造「後肢」或「外部生殖器官」的指令。

因此小鼠胚胎的生長,會跟從 Tgfbr1 編碼依次由頭到尾建構身體。在發育早期,相關的遺傳機制會從頭部轉向發展身體並為主要器官系統奠定基礎。隨後,多層組織中的激活基因使小鼠軀幹延伸形成尾巴。

正是在這個過程中,新出現組織之間的互動產生了身體出口通道和生殖器官所必需的結構。

雖然四肢有許多相同的基因,但在這個過程的早期,後肢和生殖器官有更多的共通點。有學者認為,這種情況源自於祖先物種相同的初始原基 (primordium) 結構。

團隊發現,雖然無 Tgfbr1 功能版本的胚胎中出現的額外後腿位置明顯不同,但這些腿中表達的其他基因,與正常小鼠四肢中發現的基因相似。

另外,額外後腿都來自組成早期胚胎的三層組織層中間的中胚層。團隊懷疑,當變成四肢的細胞推到最內側的內胚層 (endoderm) 時,身體可能會收到更多「造腳」訊息,從而進一步發育畸形但成熟的額外肢體結構。

團隊仔細觀察額外肢體組織中的 DNA ,並與對照小鼠的比較,發現染色絲修整 (chromatin remodeling) ,即控制細胞 DNA 取得的蛋白質已轉為「造腳」,而不是「造生殖器官」。不過,團隊仍未知道關閉 Tgfbr1 導致額外後腿的確切機制。

團隊指,發現或可提供額外工具,來解決發育上的基因問題和疾病。另外,也可能幫助了解為何蛇無腳,而蜥蝪有腳等的生物問題。

來源:

Science Alert, Scientists Accidentally Made a Mouse Grow Legs in Place of Genitals

報告:

Lozovska, A., Korovesi, A.G., Dias, A. & et al. (2024). Tgfbr1 controls developmental plasticity between the hindlimb and external genitalia by remodeling their regulatory landscape. Nat Commun 15, 2509. doi: 10.1038/s41467-024-46870-z

文/AC

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