研究人员发现生物电信号的变化触发新器官的形成

Medford / Somerville，Mass。- 第一次，科学家们在细胞之间改变了自然的生物电流通信，直接指定要在脊椎动物有机体内的特定位置产生的新器官的类型。使用膜电压的遗传操纵非洲爪蟾蜍（青蛙）胚胎，塔夫茨大学艺术和科学学院的生物学家能够导致蝌蚪在头部外面的眼睛中长出眼睛。

当研究人员操纵蝌蚪背部和尾部细胞的膜电压时，他们获得了最令人惊讶的结果。“我们的假设是，对于身体中的每个结构，都有一个特定的膜电压范围来驱动器官发生，”他说TUFTS博士后博士博士P. PAI PH.D.，题为“跨膜电压潜力控制Xenopus Laevis的跨膜电压潜力控制胚胎眼睛图案”。PAI指出，“这些是从未被认为能够形成眼睛的地区的细胞。这表明来自身体中的任何地方的细胞可以被驱使形成眼睛。”

要这样做，他们改变了蝌蚪背部和尾部的电池的电压梯度与普通眼细胞的尾部相匹配。特定于眼睛的梯度驱动背部和尾部的细胞 - 这通常会发展成其他器官 - 发展到眼睛中。

据迈克尔·莱文，迈克尔·莱文，博士，博士，博士，博士，博士，博士，佩尔·莱文，博士，博士，他们鉴定了一个完全新的控制机制。塔夫茨大学艺术与科学学院的再生和发展生物中心董事。Levin是在“发展”期刊上发表的工作的高级和通讯作者。在线2011年12月7日，在打印之前。

“这些结果揭示了开发期间眼部形成的新调节器，并提出了一种影响和修复影响视觉系统的出生缺陷的新方法，”他说。“除了这种新技术的再生医学应用外，这是开裂生物电码的第一步。”

信号打开眼基因

从研究一开始，塔夫茨大学的生物学家就想了解细胞在创造和放置身体器官的过程中如何利用自然电信号进行交流。在最近的研究中,塔夫斯大学的生物学家丹尼·s·亚当斯(Dany S. Adams)指出，生物电信号对正常的面部形成是必要的非洲爪蟾蜍(青蛙)胚胎。在目前的一系列实验中，莱文实验室识别并标记了位于青蛙胚胎头部区域的超极化(更多负电荷)细胞簇。

他们发现，这些细胞表达的基因与眼睛的形成有关，称为眼场转录因子(EFTFs)。通过对胚胎发育眼的切片和荧光显微镜下对眼区域的分析表明，超极化细胞有助于晶状体和视网膜的发育。研究人员假设这些细胞开启了建造眼睛所必需的基因。

改变信号会导致缺陷

接下来，研究人员能够展示这种变化生物电解代码，或降极地影响这些细胞，受影响正常的眼睛形成。它们用编码离子通道的mRNA注射细胞，其是嵌入细胞膜中的一类门控蛋白。如栅极，每个离子通道蛋白选择性地允许带电粒子进入细胞。

利用单个离子通道，研究人员改变了这些细胞的膜电位。这影响了EFTF基因的表达，导致异常发生:这些实验中的蝌蚪除了眼睛变形或完全没有眼睛外，都是正常的。

此外，塔夫茨大学的生物学家还能够证明，他们可以通过操纵胚胎中的电压梯度来控制异常眼睛的发生率。“异常与破坏性去极化的程度成正比，”Pai说。“我们开发了提高或降低电压电位的技术来控制基因表达。”

细胞的电特性可以被操纵以产生特定的器官

当研究人员操纵蝌蚪背部和尾部细胞的膜电压时，他们获得了最令人惊讶的结果。

帕伊说:“我们的假设是，对于身体中的每一个结构，都有一个特定的膜电压范围来驱动器官发生。”“通过使用特定的膜电压，我们能够在从未被认为能够形成眼睛的地区产生正常的眼睛。这表明来自身体中的任何地方的细胞可以被驱动形成眼睛。”

莱文和他的同事正在进行进一步的研究，另外针对大脑、脊髓和四肢。他说，这些发现“将使我们能够更好地控制组织和器官模式的形成。”我们正在开发分子生物电在肢体再生、大脑修复和合成生物学方面的新应用。”其他作者包括博士后研究员Sherry Aw，塔夫茨博士后助理Tal Shomrat和研究助理Joan M. Lemire。这项研究的资金来自美国国立卫生研究院。

“跨膜电压电位控制爪爪Xenopus laevis胚胎眼模式，”Vaibhav P. Pai, Sherry Aw, Tal Shormat, Joan M. Lemire，发展， 2011年12月7日，doi:10.1242/dev.073759

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