X光片顯示，因不對稱發育，人體的心臟和其他器官出現了位置錯誤。圖片來源：ZEPHYR/SCIENCE SOURCE
從外表看，人類有著令人愉悅的對稱性：手臂、腿和眼睛呈左右對稱。但人體的器官分佈卻是另一回事：心臟在左邊，肝臟在右邊，肺和腎也是不對稱的。
近日，新加坡基因組研究所等機構的研究人員確定了一種能夠幫助發育器官找到正確位置的基因。相關研究結果發表於《自然—遺傳學》。
未參與該研究的美國俄勒岡大學發育生物學家Daniel Grimes表示，研究人員追蹤這一現象的方式是獨特的，這項研究可能會讓科學家更好地理解為什麼某些人的器官會“出錯”。
發育生物學家早已知道，心臟和其他器官偏離中心的位置與一組名為“左右—組織者”的細胞有關，這些細胞在早期胚胎中短暫形成。
1998年，日本研究人員根據小鼠研究提出，在組織細胞子集上的旋轉纖毛狀附著物將胚胎液輸送到左側而不是右側，從而幫助器官在正確的位置上形成。研究人員推測，這種流動激活了左側的某些基因，改變了器官的下一步發育。研究人員後來發現，魚和青蛙也會發生同樣的情況。
但令人驚訝的是，在雞和豬的發育過程中，即使心臟仍然在一側形成，它們卻沒有這種具有旋轉纖毛的細胞。
Grimes等研究人員認為，這些所謂的運動纖毛在動物進化的早期過程中就已進化，但在動物家譜的分支中消失了，從而導致鳥類和偶蹄類哺乳動物體內沒有該細胞，但在人類體內仍然存在。
該研究通訊作者之一、新加坡基因組研究所發育生物學家Bruno Reversade等人想知道，這種差異是否暗示著一種方法，可以追蹤打破人體對稱性的新基因。於是，他們在發育中的小鼠、魚和青蛙身上尋找相關的活躍基因。
最終，研究人員發現了5個這樣的基因，其中包括已知在流動誘導的對稱性喪失中起重要作用的3個基因。而在另外兩個新基因中，研究人員首先關注的是此前從未被描述過的CIROP基因。
透過改造CIROP基因使其在啟用時產生熒游標記，研究人員確定了CIROP就像斑馬魚、小鼠和青蛙胚胎中形成的“組織者”細胞一樣，會在早期發育時啟動幾個小時。研究人員用CRISPR基因編輯技術啟用魚和青蛙中的CIROP基因，確定了CIROP只需要在胚胎的左側啟用，以確保心臟、腸道和膽囊的正確形成。因此，該基因似乎在這些器官的形成階段起著關鍵作用。
每1萬人中至少有1人出生時器官位於錯誤位置、畸形或完全缺失。Reversade團隊對186個個體的CIROP基因進行了測序，這些個體具有不同程度的內臟異位。結果發現，來自12個家庭的21人發生了CIROP基因突變。
未參與該研究的日本東京農工大學細胞生物學家Kyosuke Shinohara表示，這篇論文清楚地證明了CIROP與人體器官的“放置”有關。他指出，CIROP的序列表明，該基因的蛋白質能夠利用鋅離子，並在“組織者”之外運作，以幫助機體啟動向不對稱發育的過渡。
儘管如此，該基因仍有許多未知因素。比如，目前還不清楚CIROP蛋白是如何工作的，也不清楚它與哪些蛋白質或基因相互作用。Reversade表示，目前還不清楚該研究的發現是否可以用來預防或治療內臟異位。（辛雨）
相關論文資訊：
https://doi.org/10.1038/s41588-021-00970-4
來源： 中國科學報
