一項意外發現可能為有一天誘導幹細胞發育成實驗室中的人眼鋪平道路。
英國華威大學的一個科學家團隊在研究青蛙運動能力的發育時發現，注入蝌蚪胚胎的某種外酶（細胞表面蛋白）觸發了最終形成眼睛的組織的發育。
進一步的實驗使研究人員得出結論，該表面蛋白實際上是導致眼睛形成的細胞級聯反應的早期參與者。研究人員表示，這一發現未來可能被利用來製造“培養皿中的眼睛”，這將是一個在誘導幹細胞發育成眼部組織方面非常有價值的工具。
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“我們的研究清楚地發現了控制先前已知的控制眼睛發育的途徑的上游訊號，因此為能夠操縱眼睛發育邁進了一步，”華威大學生物科學系教授、《自然》雜誌發表的這項研究的合著者伊麗莎白·A·瓊斯解釋說。
外核苷三磷酸二磷酸水解酶 2 (E-NTPDase2) 是一種外酶，與同家族成員 E-NTPDase1 和 E-NTPDase3 一起，已知可將化學化合物 ATP（三磷酸腺苷）降解為 ADP（二磷酸腺苷），目的是向細胞傳送資訊，以改變它們正在產生的蛋白質種類。ATP 主要作為細胞的能量貨幣發揮作用，但在某些情況下，少量 ATP 會分泌到細胞之間的空間中，在那裡它附著在鄰近細胞上以誘導特定的反應和調節。ATP 和 ADP 都被稱為嘌呤，可以向細胞傳遞訊號，從而改變其發育活動。研究小組發現，當他們增加僅由八個細胞組成的蝌蚪胚胎中 E-NTPDase2 的水平時，他們可以導致眼睛的部分不僅在兩棲動物的頭部形成，而且在身體其他部位的組織中也形成，包括它們的尾巴。微小的 ATP 脈衝主要由頭部細胞釋放到細胞外區域，而眼睛應該在頭部發育。瓊斯指出，在時間上不同的時刻，身體中的其他細胞可能會排出少量的 ATP 包裹，這些 ATP 在 E-NTPDase2 存在的情況下會導致眼組織形成。
透過多輪分析，包括放大和減少某些化學物質的水平，以及敲除某些編碼調節眼睛發育的蛋白質（稱為眼區轉錄因子）的基因的功能，科學家們確定 E-NTPDase2（雖然不是 E-NTPDase 1 或 3）是唯一可以驅動眼睛發育的外酶。此外，他們確定它必須在導致眼睛形成的途徑中儘早發揮作用。當它將 ATP 轉化為 ADP 後，後者的水平在細胞外積累，嘌呤可以與稱為 P2Y1 的嘌呤受體結合。
“正是這種受體的啟用直接或間接地開啟了眼區轉錄因子的表達，”瓊斯說。“我們不太清楚從受體到開啟基因之間涉及的機制，這將是未來研究的領域。”
瓊斯和她的同事認為，大多數眼睛發育途徑在青蛙和人類之間是保守的。已知人類 9 號染色體（細胞的 24 對染色體之一）上編碼 E-NTPDase2 的基因受損會導致眼睛和大腦缺陷，例如小眼畸形——字面意思是小眼睛。這意味著在未來，研究人員可能能夠創造“培養皿中的眼睛”。
“這項工作可能對幹細胞領域產生有趣的影響，”辛辛那提兒童醫院研究基金會發育生物學教授理查德·朗說。“嘌呤訊號傳導在誘導眼區前體中的活性，”他說，“可能是用於培養皿中產生各種眼細胞型別的祖細胞的非常有用的工具。”