Nature：不骗你！没有Coche基因，就没有血管和血细胞

　　2016年07月18日讯 全球科学家们长达十年地寻找一种在胚胎内控制血液和血管形成中起着至关重要作用的基因表明科学是如此令人着迷。自从马克斯普朗克心脏肺部研究所主任Didier Stainier发现一种被称作cloche的斑马鱼突变体以来，到如今时间已过去了20多年。这种突变体不能够产生血管和血细胞，而且直到现在，仍然是一种独特的现象。如今，在一项新的研究中，他的研究团队成功地发现导致这种现象的基因。它将自己隐藏在13号染色体的最末端，是利用最新的分子生物学方法发现的。该基因的发现不仅具有科学价值，而且可能对再生医学也比较重要。相关研究结果发表在2016年7月14日那期Nature期刊上，论文标题为“Cloche is a bHLH-PAS transcription factor that drives haemato-vascular specification”。论文通信作者为Stainier。论文第一作者为来自Stainier实验室的Sven Reischauer、Oliver Stone和Alethia Villasenor。

　　在胚胎发育的最早期阶段，血管和血细胞是由共同的祖细胞形成的。在一种遗传程序中，血液和血管形成的时机和方式受到多种基因的调节。这种遗传程序的特征是类似级联反应的基因活性激活模式。

　　Reischauer说，在上世纪90年代中期，那时Stainier还在美国，他就发现模式生物斑马鱼的一种突变体“拥有迄今为止发现的最为令人关注的发育缺陷之一”。由于这种斑马鱼发生一种基因变化，参与血细胞和血管细胞遗传程序的多种基因没有一种被激活。因此，这些细胞不能够产生。因为这种斑马鱼突变体的另一种独特的特征：类似钟形女帽（cloche）的心脏形状，Stainier将它称作为clothe。

　　在过去的二十年中，世界各地的许多实验室参与寻找导致这种斑马鱼突变体产生的基因。Reischauer说，“对我们所有人来说，鉴定出Cloche基因就像是解决了几十年未曾解决的遗传学刑事案件。然而，在这项研究中，它不是罪犯是未知的，而是受害者-即存在缺陷的基因---是未知的。”如今，Stainier团队与国际合作者一道成功地找到了这种基因。

　　隐藏在染色体末端的‘保护帽’中

　　Reischauer说，“由于Cloche基因位于13号染色体的最末端，也就是位于端粒区中，这就使得这种寻找非常复杂。”如今，利用只有最近才能使用的方法（比如，CRISPR/Cas9和TALEN），研究人员拥有分析这些区域的工具。Reischauer说，“此外，我们曾不得不假设这种基因仅在血管生长明显缺乏的时间之前是有活性的。这就使得更难识别出存在缺陷的胚胎。”

　　在这项新的研究中，研究人员首先研究了他们猜测Cloche基因在基因组中所在的整个区域。通过分析26,000种基因的数据，他们鉴定出17种基因可能是潜在的候选物。接着，他们通过产生基因敲除系（knockout line）分别地让这17种基因失活，并研究了这些基因敲除系产生的胚胎中的血管生长。Reischauer说，“仅在一种胚胎中，我们发现了期待的情形，也就是不能够诱导血管生长。这样，我们才确信我们已找到Cloche基因。”

　　在进一步的实验中，研究人员发现Cloche基因对胚胎中的血管和血细胞产生是多么重要：经证实之前已知参与血管形成的所有基因仅在Cloche基因有活性时才有活性。因此，Cloche基因本身控制着这整个遗传程序的活性。

　　这种情形也在所谓的过表达实验中得到证实，在这种实验中，研究人员将纯的Cloche mRNA注射到胚胎中。这种方法能够让这些胚胎在它们发育期间的某个在正常情形下Cloche基因是没有活性的时刻开启血管和血细胞形成程序。Stainier说，“因此，我们能够提出我们发现负责控制这种发育程序的基因。”

　　Cloche基因似乎在自然界中是高度保守的：这种基因甚至也存在于鸟类中。在哺乳动物中，也存在一种密切相关的基因能够接管这种斑马鱼模式生物中的Cloche基因功能。因此，研究人员假设“随着鉴定出这种基因和它的功能，将有巨大的机会开发出用于个人化干细胞治疗的新应用”。