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绿色发光的蠕虫提供了人体内部脚手架的真人电影

杜克大学(Duke University)的研究人员制作了第一部关于这种环绕并支撑着大多数动物组织的薄板状网格的延时电影。

一层称为基底膜的细胞外基质,排列在身体的许多表面,如皮肤、血管和尿道;它围绕着肌肉,脂肪和周围神经。虽然基底膜在发育、组织功能和人类疾病中发挥着关键作用,但迄今为止,在生物体中实现它们的可视化一直很困难。

通过对秀丽隐杆线虫进行基因改造,使其产生能在荧光灯下发光的基底膜蛋白质,研究人员说,这是第一次有可能看到基底膜在发育过程中是如何组装的,以及它们在整个生命过程中是如何变化和再生的。这项工作可能有助于查明从肾病到侵袭性癌症等人类疾病的病因。

“如果没有基膜,我们就不会在这里,”领导这项研究的杜克大学生物学教授大卫·舍伍德说。

自从第一批多细胞动物从单细胞祖先进化而来,基底膜已经存在超过6亿年了。

它们是一种透明胶带,帮助细胞附着在一起形成组织,保持皮肤健康。它们是过滤肾脏血液的分子筛,保护血管和肌肉不受拉伸和压缩,并藏有生长因子,告诉细胞去哪里、变成什么以及何时分裂。

但是,由于大多数基底膜位于身体深处,光显微镜无法观察到,所以很难在人体的活体组织中看到它们。

因此,舍伍德的团队在一毫米长的透明蠕虫中观察它们,使用一种名为CRISPR的基因编辑技术,用绿色发光标签标记29种基底膜蛋白质,用延时显微镜观察每种蛋白质在何时何地被发现。

博士后埃里克·黑斯蒂说,与之前的实验相比,了解这些蛋白质在活体动物体内的活动可以提供更完整的图景,之前的实验只提供了蛋白质凝固时的快照。

“因此,它们通常被认为是‘无聊的’静态结构,”黑斯蒂说。

在一些影片中,研究人员追踪了荧光蛋白在蠕虫喉部基底膜中的移动。在另一些实验中,他们观察到蠕虫生殖腺周围基底膜的快速重建,同时它的大小增加了90倍以上。

令人惊讶的是,电影显示大多数基底膜蛋白质在它们被沉积后并没有停留在原地。虽然一些核心成分是静态的,但科学家惊奇地发现许多蛋白质在这个稳定的支架内移动。

舍伍德说:“我们的发现表明,基底膜可以迅速改变其性质,以支持机械活动的组织,它们可能扮演着高速公路的角色,使生长因子能够快速移动。”

黑斯蒂说:“我们才刚刚开始使用这个工具。”但是研究小组说,他们的工作提供了一种新的方法来研究衰老过程中组织退化的基底膜缺陷,以及从糖尿病到肌肉萎缩症等各种疾病。

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