科学家找到动物共同的神经系统形成机制

2006年09月18日 教育部科技发展中心 11 加州大学圣迭戈分校（UCSD）生物学家发现，和流行的学说不同，果蝇和人类等脊椎动物早期的神经系统形成过程由同样的祖先保留下来。

在9月12号的《Public Library of Science Biology》上，研究者报道了在果蝇和小鸡胚胎中，都有一种叫做BMP的蛋白质，它能使早期胚胎中的某些基因被表达或被关闭，从而使胚胎细胞分化为中枢神经系统中的三类主要部分。这一结果揭示了早期神经系统发育具有统一的模式，至少在神经形成的机制上。这一机制由5亿年前的祖先保留下来。

UCSD生物学教授Ethan Bier说：“这是我们找到的第一个证据，证明BMP在建立脊椎和无脊椎动物沿腹-背轴的神经系统基因表达模式上的普遍作用。结果表明这一过程是由共同祖先保留下来的，而非普遍接受的由各自独立进化而来。”

在复杂生物体形成的早期，胚胎只是一个相同细胞组成的小球。在其中BMP将胚胎分化为神经组织和非神经组织。在这一神经诱导过程中，BMP含量高的区域神经系统的形成被抑制。

不过，关于BMP是否在神经组织进一步分化为3部分的过程中发挥作用，学者还不是很清楚。虽然神经特征基因的表达与BMP有关，但人们推断在果蝇和脊椎动物中存在不同的机制。比如，脊椎动物存在Hedgehog蛋白，它是这一过程的关键因素。而在果蝇中存在相应的蛋白质Dorsal。

文章第一作者，UCSD生物学博士后Mieko Mizutani说：“由于Dorsal的统治性作用，我们很难直接测试BMP在果蝇神经组织形成中的角色。去掉Dorsal会造成胚胎里根本没有神经组织。所以我们从基因学上重建了胚胎，使得内部Dorsal含量一致。然后就可以研究BMP对神经组织分化的影响了。我们花了约4年的时间建立这种方法，它也能被用于将来研究其它基因表达或关闭的机理。”

通过使用Bier和小组在两年前发展起来的“多元标记”方法，Mizutani可以用不同颜色的荧光分子探测哪些神经特征基因会受到BMP的影响。结果证明，BMP在神经分化中的作用和在早期神经诱导过程的一样，主要用于关闭神经特征基因。这过程主要受BMP浓度的影响。

果蝇的结果促使作者思考同样过程是否也发生在脊椎动物中。他们找到华盛顿大学生物学教授Henk Roelink以及他的研究生Neva Meyer作为合作者。小组在小鸡晶胚上作了类似实验。

Roelink在放有鸡晶胚神经组织的培养皿里加入了BMP。他们也要保证Hedgehog蛋白（对应果蝇中的Dorsal）浓度一致。结果小鸡的神经特征基因也受到BMP的影响，和果蝇一样。Bier说：“结果表明，远古祖先的BMP蛋白足够使它们形成整个腹-背轴。BMP和神经特征基因似乎是由共同祖先保留下来的，而Dorsal和Hedgehog这类蛋白质更像是分化为脊椎和无脊椎动物后分别产生的。而随着大型生物的进化，单一的蛋白质已经不足以细分各个组织了。”