萤火虫的闪光和a的有什么共同点？两者均以规律的节奏发生，该节奏由振荡生物钟1控制。另一个振荡的基因钟控制着称为somites的胚胎结构的发育，该结构产生了保护脊髓的椎骨。我们对这个细分时钟的知识茎几乎全部来自于动物研究2，3，由于技术和道德方面的考虑限制培养人类胚胎的研究。Diaz-Cuadros等人在《自然》中撰文。4和松田等。5现在报告了一项突破，可以研究人体分割时钟体外。另外，吉冈小林等人。6使用小鼠中的先进技术来深入了解控制哺乳动物分段时钟的机制。体节起源于称为早熟中胚层（PSM）的组织。在体节形成过程中，转录过程中的时间和空间控制的振荡会产生基因表达波，这些基因表达波会沿着胚的头尾轴通过PSM传播。结果是条纹状的体节形成了脊柱的蓝图。尽管分段时钟的分子成分在整个脊椎动物中高度进化保守，但在每个物种中形成具有不同节律的新体节。例如，斑马鱼的基因振荡周期为30分钟，小鼠为2小时。据估计，在人类中每4至5小时就会发生一次振荡2，尽管直到现在还没有直接观察到这种振荡。Diaz-Cuadros等。和松田等。着手使用诱导性多能干细胞（iPSC）对人类时钟进行建模-诱导多能干细胞是由分化的人类细胞体外产生的细胞，与胚胎干细胞类似，它可以引起体内的每种细胞类型。该组中使用已建立的方案7-9转换成的iPSCPSM体外。为了实时观察和监测培养的PSM中时钟基因的动态振荡，“”每个小组使用了不同的报告基因蛋白。松田及其同事使用的报道，其中一个键分割的时钟基因10，HES7，驱动器生产生物发光酶的荧光素酶的。随着Hes7表达的振荡，报告子的水平增加和减少。Diaz-Cuadros等。使用了与编码Achilles的基因融合的Hes7的工程版本，Achilles是由Yoshioka-Kobayashi及其同事开发的黄色荧光蛋白的快速生成变体。通过使用跟腱，Diaz-Cuadros及其同事可以在单细胞4级上追踪Hes7表达的荧光波，而荧光素酶报道基因则无法实现这一分辨率。使用这两个报告者的分析提供了第一个明确的证据，即人类分段时钟的周期约为5小时（图1a）。三个关键信号途径-所述Notch，Wnt信号和FGF途径-在顺序的负反馈回路动作，以调节体节形成期间振荡基因表达2，3，11，12。Diaz-Cuadros及其同事使用他们的培养系统详细研究了这些途径。他们证实了这些途径在从小鼠胚胎中提取的PSM细胞中的作用，然后表明相似的途径控制着从iPSC分化出的人类PSM的片段化，其振荡依赖于Notch信号传导和另一种途径，这种途径由一种称为YAP的蛋白质介导。他们发现，FGF信号不仅决定了沿着身体轴的振荡停止位置，如先前报道的2。，还可以调节振荡的复杂动力学-振荡的周期，相位和幅度。松田及其同事使用它们的培养方案，研究人类遗传性疾病，先天性spondylocostal骨发育不全，其中缺陷的椎骨引线分割到骨骼异常13，14。作者从两名患有该疾病的人的iPSC产生了PSM，他们各自在Notch信号通路的不同基因中都有突变。出乎意料的是，尽管有这些突变和总体基因表达的差异，但作者观察到PSM的正常振荡。相比之下，当作者从经过基因工程改造的携带Hes7突变的细胞生产PSM时，该突变先前已被确定为脊椎肋骨软骨发育不良的原因15，他们观察到了振荡的巨大损失（图1b）。这项工作强调了使用iPSC衍生的PSM确定开发中各种时钟组件的相对角色的潜力。已知的是，虽然个别PSM细胞显示自主振荡，细胞邻居之间Notch信号同步这些振荡1，16在群体水平上，以产生基因表达波。吉冈小林等。着手详细研究Notch信令的这一作用。这组作者设计了小鼠来携带Hes7–Achilles报道基因，并且缺乏一种称为Lunatic条纹的蛋白质，该蛋白质可调节Notch信号传导。然后，他们从缺少Lunatic条纹的胚胎和没有Lunatic条纹的对照中分离了整个PSM，并利用光遗传学（一种光触发的基因表达系统）通过跟踪Hes7来可视化培养中的somite发育。随时间变化的振荡（图1c）。尽管单个PSM细胞的自主振荡不受Lunatic条纹损失的影响，但研究人员在总体水平上观察到了振荡缺陷。Notch信号传导涉及从一个细胞释放DLL1蛋白，并被另一个Notch受体结合。这种相互作用触发了接收细胞中的下游信号传导级联反应，从而引起包括Hes117在内的各种基因表达的增加。可以使用Dll1基因的基因...
