科学家发现，BMP（骨形态发生蛋白）信号暴露的持续时间对胚胎发育过程中的细胞命运有着至关重要的影响，这一发现对再生医学具有重要意义。

新研究揭示了人类胚胎发育的新见解，表明 BMP 信号暴露的持续时间是决定原肠胚形成期间细胞命运的关键，在再生医学中具有潜在的应用。

赖斯大学由 Aryeh Warmflash 领导的研究小组进一步加深了我们对驱动人类胚胎发育机制的理解。他们的研究成果最近发表在科学期刊《细胞系统》上。

胚胎发育是从单个受精卵发育成复杂生物的过程，这个过程由生化信号之间的复杂相互作用所控制。但细胞如何解读这些信号以做出关键的发育决定的机制仍不明确。

“我们的论文探讨了一个基本问题：这些决定是如何同时由多种途径控制的？”生物科学与生物工程副教授 Warmflash 指出。

该团队包括安达卢西亚发育生物学中心的博士后研究员兼现任小组组长 Elena Camacho-Aguilar、文化/医学人类学专业大四学生 Sumin Yoon、博士生 Miguel A. Ortiz-Salazar 和 Siqi Du 以及实验室技术员 M. Cecilia Guerra。他们共同将研究重点放在人类原肠胚形成上，这是一个关键阶段，细胞分化为胚胎的三个胚层：外胚层、中胚层和内胚层。

虽然之前的研究发现了骨形态发生蛋白 (BMP) 和无翅相关整合位点 (WNT) 等几种信号的参与，但细胞如何解释它们以发展成不同细胞类型的确切机制仍不清楚。

为了找到答案，研究人员转向人类多能干细胞 (hPSC)，这种细胞可以模拟原肠胚形成前的细胞状态。他们假设 BMP 信号的持续时间和浓度可能决定细胞的命运，并设计了将 hPSC 暴露于各种 BMP 信号系统的实验。

与之前的假设相反，这项研究表明，BMP 信号暴露的持续时间，而不是其强度，在决定细胞命运方面起着至关重要的作用。脉冲式暴露于高浓度的 BMP 会引发显著的变化，尤其是向中胚层，而持续的低水平信号则产生不太明显的结果。

通过对这些过程进行数学建模，研究人员能够预测任何 BMP 和 WNT 信号组合的命运结果。该团队构建了一个全面的“命运图”，可以预测这些结果。利用这张图，研究人员设计了一种优化中胚层形成的新方案，该方案与再生医学等其他领域相关。

Camacho-Aguilar 强调：“我们的研究结果强调了了解信号动力学在指导细胞命运决定方面的重要性。通过破译这些机制，我们可以定制可能与治疗应用相关的高效分化方案。”

参考文献：“BMP 和 WNT 的组合解释控制着原条和胚外命运之间的决定”，作者：Elena Camacho-Aguilar、Sumin T. Yoon、Miguel A. Ortiz-Salazar、Siqi Du、M. Cecilia Guerra 和 Aryeh Warmflash，2024 年 4 月 30 日，Cell Systems。DOI：10.1016/j.cels.2024.04.001

来源：莱斯大学

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