从外表上看,人类有着令人愉悦的对称性,手臂、腿和眼睛的左右两侧相匹配。但在内心,却是另一回事:我们的心在左边;我们的肝脏在右边。肺和肾也是不对称的。研究人员现在可以帮助他们找到一个合适的器官发育位置。

科学家们鉴定出其他基因这打破了发育中的圆形胚胎最初的对称性,帮助器官选择侧面。但俄勒冈大学的发展生物学家丹尼尔·格里姆斯说,研究人员追踪这一现象的方式是独一无二的,他没有参与这项工作,但称之为“非凡的”他说,这项研究将有助于更好地理解器官形成为什么会出错,就像在某些人身上一样。

发育生物学家早就知道,心脏和其他器官的偏心位置与一组称为左右组织者的细胞有关,这些细胞在早期胚胎中短暂形成。1998年,根据对小鼠的研究,日本研究人员提出,在组织细胞亚群上旋转的纤毛毛状附属物将胚胎液输送到左侧而不是右侧,帮助器官在正确的位置形成。他们和其他人推测,这种流动激活了左侧的某些基因,改变了下一步的生长。研究人员后来发现,鱼和青蛙也会发生同样的情况。

但令人惊讶的是,在雏鸡和猪的发育过程中,即使它们的心脏仍然形成一边,却没有这种细胞具有旋转的纤毛。格里姆斯说:“在文献中有许多令人困惑的结果很难调和。”。他和其他人认为,这些所谓的运动纤毛在动物进化的早期就进化了,但在动物家谱的分支中消失了,导致了鸟类和“偶蹄类”哺乳动物,如猪,但不是人类。

发育生物学家布鲁诺从新加坡基因组研究所和巴黎想象研究所的克里斯托弗·戈登想知道这种差异是否能暗示一种寻找破坏人体对称性的新基因的方法。他们和他们的同事只是寻找在发育中的小鼠、鱼和青蛙中有活性的基因,但在猪和鸟的发育阶段却不活跃,因为那里不再有任何流体流动,因此不需要这些基因。

研究人员发现五个这样的基因,他们本月在自然遗传学.Reversade知道他的团队走在正确的轨道上,因为这些基因中的三个已经被认为在流动诱导的对称性丧失中很重要。在这两个新基因中,研究人员首先关注一个叫做西罗普这是以前没人描述过的。

通过设计这种基因使其在激活时产生荧光标签,科学家们确定西罗普就像斑马鱼、小鼠和青蛙胚胎中形成的组织者一样,开启了几个小时。鸡、猪和爬行动物的基因要么缺失,要么突变太多,研究人员无法使用基因编辑器CRISpR来重建它。当他们用CRISpR去激活鱼和青蛙中的这个基因时,他们决定西罗普只需要在胚胎的左侧,以确保心脏、肠道和胆囊的正确形成。因此,基因似乎在这些器官形成的阶段起着关键作用。

每10000人中至少有一人出生时器官位置错误、畸形或完全缺失,这些疾病从良性到致命不等。所以,Reversade和他的团队进行了排序西罗普从186个具有不同程度的这种所谓的异源性个体。来自12个家庭的21人发生了突变。

“这篇论文清楚地证明了这一点,”西罗普东京农业科技大学(Tokyo University of Agriculture&Technology)的细胞生物学家Kyosuke Shinohara说,他没有参与这项工作。Reversade说,目前还不清楚这一发现是否可以用于预防或治疗异位,但“在人类患者中的证实是小菜一碟”

Shinohara也很高兴从西罗普关于不对称是如何发生的。他指出,其序列表明,该基因的蛋白质利用锌离子,并在组织者之外运作,以帮助启动向不对称发育的过渡。

尽管如此,仍有许多未知数。新加坡科学、技术和研究机构的Emmanuelle Szenker Ravi及其同事并不清楚西罗普蛋白质起作用,以及它与哪些蛋白质或基因相互作用。“但是,”格里姆斯说,“那真的是下一篇论文的内容。”