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研究阐明了肺发育的分子细节

宾夕法尼亚大学佩雷​​尔曼医学院的研究人员已经绘制了详细的肺部发育分子图谱,有望在今后的哺乳动物生物学研究和疾病新疗法(例如COVID-19)中作为基础参考,影响肺部。

研究人员在《科学》杂志上发表了他们的研究,他们通过测量生命周期内成千上万只小鼠肺细胞中基因的表达,涵盖了多种细胞类型和成熟阶段,从而在发育中的成年小鼠肺和成年小鼠肺中生成了广泛的细胞类型图集,从子宫的早期发育到成年。分析所有这些数据,他们预测了发育中的肺中不同细胞类型之间的数千种信号相互作用,并通过功能实验证实了其中许多,并鉴定了对正常肺发育至关重要的几种细胞和分子调节剂。

资深研究人员爱德华·莫里西(Edward Morrisey)博士说:“这项研究提供了基础信息,可以指导我们了解肺功能如何发展,以及出生后的早期生命是如何迅速调整肺部以优化气体交换的。”宾夕法尼亚大学医学基金会教授,细胞与发育生物学教授,宾夕法尼亚大学Penn-CHOP肺生物学研究所所长。

大量新数据可能在开发早期治疗肺部疾病(包括早产儿肺部发育不足)方面的治疗中很有价值。它还可以加快寻找更好的肺炎和慢性阻塞性肺疾病(COPD)疗法的机会,这是全球范围内两个主要的死亡原因。

该研究主要集中在导致肺泡成熟的发育步骤上。肺部这些细密的囊状结构包含薄而富毛细管的膜,这些膜可协调血液中的二氧化碳与吸入空气中的氧气的交换。平均每个人的肺中有数亿个肺泡,据估计它们的气体交换膜的总表面积与网球场的表面积大致相同。

从出生到老年,许多人类疾病破坏了这些重要结构。然而,关于细胞如何出现并在彼此之间发出信号以促使肺泡形成的细节在很大程度上仍然是个谜。

Morrisey的小组使用了两种相对较新的技术,称为单细胞RNA测序和单细胞ATAC测序,以记录小鼠肺部发育过程中七个不同时间点成千上万个单个细胞中基因的表达和可及性。然后,他们在每个时间点分析每种细胞类型的基因活性,以预测哪些细胞在制造重要的信号分子,哪些细胞在表达接收那些信号的受体。通过这种方式,他们绘制了所有这些细胞之间预计相互作用的图谱,从中可以识别出牙槽发育的关键因素。最后,他们使用遗传小鼠模型灭活了在单细胞实验中确定的特定细胞类型中的功能,从而证实了Wnt和Sonic Hedgehog(Shh)这两个途径的活性。

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