說到造腎，只有大自然才有一套完整的藍(lán)圖。但是，南加州大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過對(duì)腎臟如何形成其過濾單元(稱為腎單位)的綜合分析，設(shè)法借用了自然界的一些內(nèi)容。
南加州大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)和再生醫(yī)學(xué)系 Andy McMahon 實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)研究發(fā)表在 Developmental Cell 雜志上，由 Nils Lindström 領(lǐng)導(dǎo)，他作為博士后研究員開始了這項(xiàng)研究，現(xiàn)在是同一部門的助理教授。該研究還引入了來自普林斯頓大學(xué)和英國(guó)愛丁堡大學(xué)的合作者的專業(yè)知識(shí)。
該團(tuán)隊(duì)追蹤了細(xì)胞如何相互作用以奠定人類腎臟基礎(chǔ)的藍(lán)圖，以及異常發(fā)育過程如何導(dǎo)致疾病。他們的發(fā)現(xiàn)作為人類腎發(fā)生圖譜 (https://sckidney.flatironinstitute.org/) 的一部分公開提供，這是一個(gè)可搜索的數(shù)據(jù)庫(kù)，顯示基因在發(fā)育中的人類腎臟中何時(shí)何地活躍，并預(yù)測(cè)在發(fā)育細(xì)胞類型。
“只有一種方法可以構(gòu)建腎臟，這就是大自然的方式，”南加州大學(xué) Eli and Edythe Broad 再生醫(yī)學(xué)和干細(xì)胞研究中心主任麥克馬洪說。“只有通過了解正常胚胎發(fā)育的邏輯框架，我們才能提高合成細(xì)胞類型、模擬疾病并最終構(gòu)建功能系統(tǒng)以取代有缺陷的腎臟的能力。”
為了重建自然的分子和細(xì)胞藍(lán)圖，該團(tuán)隊(duì)研究了數(shù)百個(gè)人類和小鼠腎單位在其典型發(fā)育軌跡上的不同點(diǎn)。這使研究人員能夠比較自人類和小鼠從其共同的哺乳動(dòng)物祖先分化以來近 2 億年的進(jìn)化過程中保存的重要過程。
該研究詳細(xì)介紹了支持人類和小鼠腎單位形成的類似遺傳機(jī)制，使其他科學(xué)家小組能夠遵循這些發(fā)育程序的邏輯來制造新型腎細(xì)胞。總而言之，至少有 20 種特殊的細(xì)胞類型形成了腎臟復(fù)雜的管狀網(wǎng)絡(luò)，這有助于維持體液和 pH 值平衡，過濾血液，并將毒素濃縮到尿液中進(jìn)行排泄。
“通過生成人類腎單位形成的美麗復(fù)雜過程的詳細(xì)視圖，我們旨在增強(qiáng)我們對(duì)發(fā)育和疾病的理解，同時(shí)指導(dǎo)構(gòu)建合成腎結(jié)構(gòu)的努力，”Lindström 說。
科學(xué)家們還能夠確定在腎臟和泌尿道先天性異常 (CAKUT) 中具有已知作用的表達(dá)基因的精確位置。在特定類型的細(xì)胞中，研究人員確定了相互作用的基因網(wǎng)絡(luò)?；谶@些關(guān)聯(lián)，該團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)了在 CAKUT 和其他腎臟疾病中探索的新候選基因。
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