哺乳動物身體的結構在胚胎植入子宮後不久就已建立。身體的前後軸、背腹軸和中間外側軸在協調胚胎的各個區域中的DNA轉錄的基因網絡的調節下便已確定了。如今，在一項新的研究中，來自瑞士日內瓦大學、洛桑聯邦理工學院和英國劍橋大學的研究人員報道了小鼠胚胎幹細胞產生表現出類似能力的偽胚胎(pseudo-embryo, 即胚胎樣結構)。相關研究結果於2018年10月3日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Multi-axial self-organization properties of mouse embryonic stem cells into gastruloids”。

        這些被稱作類原腸胚(gastruloid)的結構僅由大約300個胚胎幹細胞組成，表現出具有與6至10天齡胚胎後部相似的發育特征。這項研究表明，三個主要的胚胎軸是根據類似於胚胎的基因表達程序形成的。因此，類原腸胚有重大的潛力用於研究哺乳動物正常或病理性胚胎發育的早期階段。

        因難以獲得早期哺乳動物胚胎，對協調它們形成的過程進行研究是很難開展的。英國劍橋大學遺傳學係教授Alfonso Martinez Arias及其團隊近期發現，在某些條件下，小鼠胚胎幹細胞能夠組裝成三維聚集體，這種三維聚集體在體外培養時持續伸長。這些被稱為“類原腸胚”的實體顯示出胚胎發育早期階段的不同特征。

        相互依存的發育進程

        洛桑聯邦理工學院遺傳學與進化係教授Denis Duboule解釋道，“為了確定類原腸胚是否自我組裝成真正的胚胎結構，我們在不同的發育階段描述了它們的遺傳激活水平。”這些研究人員鑒定出並定量確定了類原腸胚中的RNA轉錄本，並將它們的基因表達與處於類似發育階段的小鼠胚胎中的基因表達進行比較。

        日內瓦大學的Leonardo Beccari說，“類原腸胚形成類似於胚胎後部的結構，胚胎後部的發育程序與胚胎前部略有不同。”這些假胚胎表達構建未來的組織所必需的各種類型祖細胞的特征性基因。劍橋大學的Naomi Moris說，“基因表達譜的複雜性隨著時間的推移而增加，出現了來自不同胚胎細胞譜係的標誌物，就像在對照胚胎中觀察到的基因表達譜一樣。”

        Hox基因在胚胎中被激活

        在類原腸胚的前後軸、背腹軸和中間外側軸形成期間，這些研究人員能夠可視化觀察到通常在胚胎中以精確的順序次序激活的Hox基因在體外培養的類原腸胚中同樣被很好地激活。洛桑聯邦理工學院遺傳學家Mehmet Girgin解釋道，“隨著時間的推移，[類原腸胚中的]Hox基因網絡的實施類似於胚胎後部，這就證實了類原腸胚具有非常高的自我組裝水平。”(生物穀 Bioon.com)

        參考資料：

        Leonardo Beccari, Naomi Moris, Mehmet Girgin et al. Multi-axial self-organization properties of mouse embryonic stem cells into gastruloids. Nature, Published Online: 03 October 2018, doi:10.1038/s41586-018-0578-0.