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脊椎動物左右不對稱奧秘-斑馬魚有解

脊椎動物左右不對稱奧秘-斑馬魚有解
生命科學院動物所李士傑副教授團隊研究成果發表《Development》

生命科學院動物所李士傑副教授實驗室團隊最近研究斑馬魚胚胎左右不對稱性之成果,即將於12月1日發表在國際著名發育生物學期刊"Development"。研究成果更被選為本期唯一精選電影資料(Featured Movie),目前正置於期刊首頁 (http://dev.biologists.org/)播放。

李士傑副教授在論文中指出,脊椎動物的外觀在體軸中線兩側可形成大致對稱的左右兩邊,而其體內之各種器官卻分佈在左右不同的位置,形成左右不對稱的兩側。左右不對稱性在胚發育早期就已形成,形成左右不對稱之時間及機制依動物種類而異。

非洲爪蟾在幾個細胞時期,因特定基因表現之不同即造成細胞極性之差異,而導致胚左右兩側之不對稱發育,但如此早期 的左右差異性卻尚未在其他動物被證實。小鼠及魚類在腔腸胚時期有一個過渡短暫存在的節點構造,此節點為一具空腔之囊泡,其腔內有絨毛,絨毛的擺動會造成腔 內液體流動,導致左右兩側基因不對稱之表現,兩側胚板中胚層也因基因表現之不同而發育成不同之組織及器官。

李士傑副教授強調:「雖然我們對節點之功能已有相當程度之瞭解,但節點之形成及其調控機制所知並不多,其主要之原因乃因脊椎動物胚發育動態觀察之不易,而此點在斑馬魚發展成脊椎動物模式之後,已全然改觀…」

斑馬魚為小型鯉科魚類,成魚約有一寸長,因其體側斑馬狀條紋而得名,成為水族觀賞魚之一種,深受愛魚者喜好。斑馬 魚為多產型魚類,其抱卵後分批成熟產卵。在良好飼養管理環境下,實驗室養殖斑馬魚每7-10天即可配種產卵一次,加上其體型小單位飼養隻數眾多,只要管理 得宜,幾乎是每天可取得材料,進行發育生物學之研究。再因其發育快速,於受精後24小時形成小魚,心臟開始跳動,其他各種器官於3-5日內逐漸形成,斑馬 魚也因此成為器官生成研究之絕佳物種。同時其世代間距如小鼠般為3個月,但因其數目之優勢,已成為遺傳學研究之脊椎動物模式。

斑馬魚胚也有類似節點之構造稱之為庫氏泡,庫式泡乃在胚腔腸化時期由背部前緣一群細胞分化而形成具空腔之細胞群,腔內有如節點般之絨毛,亦可調節左右兩側不對稱之基因表現、組織和器官發育。如先前所述,節點形成之調節機制並不清楚,而庫氏泡之形成亦然。

先前之研究卻發現庫氏泡前驅細胞在胚腔腸化中後期細胞內鈣離子會明顯比胚內其他細胞來得高,若抑制其鈣離子之升高 會導致庫氏泡形成缺陷。而在此一系列的研究當中,實驗室團隊之一的博士後研究員賴時磊博士率先證明了產生水解磷脂酸(LPA)之酵素自趨化素聚集於背部前 驅細胞及其週遭,若抑制自趨化素之基因或酵素活性可造成背部前驅細胞胞內鈣離子無法升高、庫氏泡生成缺陷及左右兩側基因不對稱表現及組織和器官發育之異 常。其中心臟受到之影響最為明顯,造成了心跳血液趨緩甚至停止。

同時團隊研究中也發現了抑制第三號水解磷脂酸受體也產生與抑制自趨化素相同之缺陷,此等發現證實LPA訊息傳遞為庫式泡形成及左右不對稱性主要調節因子,此為水解磷脂酸研究全新之發現,先前LPA已知在腫瘤及神經發育重要調節因子,但其在早期胚發育過程之角色並不清楚。

本實驗事先前研究證明LPA訊息為淋巴管生成所必需。在此研究中我們更進一步解析其在左右不對稱性及後續發育之重要性。

參考文獻:Lai, S.L., Yao, W.L., Tsao, K.C., Houben, A.J., Albers, H.M., Ovaa, H., Moolenaar, W.H., Lee, S.J., 2012. Autotaxin/Lpar3 signaling regulates Kupffer's vesicle formation and left-right asymmetry in zebrafish. Development 139, 4439-4448. (成果被選為當期唯一精選電影資料在期刊首頁播放)

Lee, S.J., Chan, T.H., Chen, T.C., Liao, B.K., Hwang, P.P., Lee, H., 2008. LPA1 is essential for lymphatic vessel development in zebrafish. FASEB J 22, 3706-3715.

 

Soruce: Nation Taiwan University

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