人類腎臟如何形成過濾單元

說到造腎，只有大自然才有一套完整的藍圖。但是，南加州大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個科學(xué)家團隊通過對腎臟如何形成其過濾單元(稱為腎單位)的綜合分析，設(shè)法借用了自然界的一些內(nèi)容。

南加州大學(xué)干細胞生物學(xué)和再生醫(yī)學(xué)系 Andy McMahon 實驗室的這項研究發(fā)表在 Developmental Cell 雜志上，由 Nils Lindström 領(lǐng)導(dǎo)，他作為博士后研究員開始了這項研究，現(xiàn)在是同一部門的助理教授。該研究還引入了來自普林斯頓大學(xué)和英國愛丁堡大學(xué)的合作者的專業(yè)知識。

該團隊追蹤了細胞如何相互作用以奠定人類腎臟基礎(chǔ)的藍圖，以及異常發(fā)育過程如何導(dǎo)致疾病。他們的發(fā)現(xiàn)作為人類腎發(fā)生圖譜 (https://sckidney.flatironinstitute.org/) 的一部分公開提供，這是一個可搜索的數(shù)據(jù)庫，顯示基因在發(fā)育中的人類腎臟中何時何地活躍，并預(yù)測在發(fā)育細胞類型。

“只有一種方法可以構(gòu)建腎臟，這就是大自然的方式，”南加州大學(xué) Eli and Edythe Broad 再生醫(yī)學(xué)和干細胞研究中心主任麥克馬洪說。“只有通過了解正常胚胎發(fā)育的邏輯框架，我們才能提高合成細胞類型、模擬疾病并最終構(gòu)建功能系統(tǒng)以取代有缺陷的腎臟的能力。”

為了重建自然的分子和細胞藍圖，該團隊研究了數(shù)百個人類和小鼠腎單位在其典型發(fā)育軌跡上的不同點。這使研究人員能夠比較自人類和小鼠從其共同的哺乳動物祖先分化以來近 2 億年的進化過程中保存的重要過程。

該研究詳細介紹了支持人類和小鼠腎單位形成的類似遺傳機制，使其他科學(xué)家小組能夠遵循這些發(fā)育程序的邏輯來制造新型腎細胞?？偠灾辽儆?20 種特殊的細胞類型形成了腎臟復(fù)雜的管狀網(wǎng)絡(luò)，這有助于維持體液和 pH 值平衡，過濾血液，并將毒素濃縮到尿液中進行排泄。

“通過生成人類腎單位形成的美麗復(fù)雜過程的詳細視圖，我們旨在增強我們對發(fā)育和疾病的理解，同時指導(dǎo)構(gòu)建合成腎結(jié)構(gòu)的努力，”Lindström 說。

科學(xué)家們還能夠確定在腎臟和泌尿道先天性異常 (CAKUT) 中具有已知作用的表達基因的精確位置。在特定類型的細胞中，研究人員確定了相互作用的基因網(wǎng)絡(luò)?；谶@些關(guān)聯(lián)，該團隊預(yù)測了在 CAKUT 和其他腎臟疾病中探索的新候選基因。

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