一项意外发现可能为有一天诱导干细胞发育成实验室中的人眼铺平道路。
英国华威大学的一个科学家团队在研究青蛙运动能力的发育时发现，注入蝌蚪胚胎的某种外酶（细胞表面蛋白）触发了最终形成眼睛的组织的发育。
进一步的实验使研究人员得出结论，该表面蛋白实际上是导致眼睛形成的细胞级联反应的早期参与者。研究人员表示，这一发现未来可能被利用来制造“培养皿中的眼睛”，这将是一个在诱导干细胞发育成眼部组织方面非常有价值的工具。
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“我们的研究清楚地发现了控制先前已知的控制眼睛发育的途径的上游信号，因此为能够操纵眼睛发育迈进了一步，”华威大学生物科学系教授、《自然》杂志发表的这项研究的合著者伊丽莎白·A·琼斯解释说。
外核苷三磷酸二磷酸水解酶 2 (E-NTPDase2) 是一种外酶，与同家族成员 E-NTPDase1 和 E-NTPDase3 一起，已知可将化学化合物 ATP（三磷酸腺苷）降解为 ADP（二磷酸腺苷），目的是向细胞发送信息，以改变它们正在产生的蛋白质种类。ATP 主要作为细胞的能量货币发挥作用，但在某些情况下，少量 ATP 会分泌到细胞之间的空间中，在那里它附着在邻近细胞上以诱导特定的反应和调节。ATP 和 ADP 都被称为嘌呤，可以向细胞传递信号，从而改变其发育活动。研究小组发现，当他们增加仅由八个细胞组成的蝌蚪胚胎中 E-NTPDase2 的水平时，他们可以导致眼睛的部分不仅在两栖动物的头部形成，而且在身体其他部位的组织中也形成，包括它们的尾巴。微小的 ATP 脉冲主要由头部细胞释放到细胞外区域，而眼睛应该在头部发育。琼斯指出，在时间上不同的时刻，身体中的其他细胞可能会排出少量的 ATP 包裹，这些 ATP 在 E-NTPDase2 存在的情况下会导致眼组织形成。
通过多轮分析，包括放大和减少某些化学物质的水平，以及敲除某些编码调节眼睛发育的蛋白质（称为眼区转录因子）的基因的功能，科学家们确定 E-NTPDase2（虽然不是 E-NTPDase 1 或 3）是唯一可以驱动眼睛发育的外酶。此外，他们确定它必须在导致眼睛形成的途径中尽早发挥作用。当它将 ATP 转化为 ADP 后，后者的水平在细胞外积累，嘌呤可以与称为 P2Y1 的嘌呤受体结合。
“正是这种受体的激活直接或间接地开启了眼区转录因子的表达，”琼斯说。“我们不太清楚从受体到开启基因之间涉及的机制，这将是未来研究的领域。”
琼斯和她的同事认为，大多数眼睛发育途径在青蛙和人类之间是保守的。已知人类 9 号染色体（细胞的 24 对染色体之一）上编码 E-NTPDase2 的基因受损会导致眼睛和大脑缺陷，例如小眼畸形——字面意思是小眼睛。这意味着在未来，研究人员可能能够创造“培养皿中的眼睛”。
“这项工作可能对干细胞领域产生有趣的影响，”辛辛那提儿童医院研究基金会发育生物学教授理查德·朗说。“嘌呤信号传导在诱导眼区前体中的活性，”他说，“可能是用于培养皿中产生各种眼细胞类型的祖细胞的非常有用的工具。”