想象一下，一列火车停在车站。乘客已经上车，列车员检查了票，一切似乎都准备好出发。但如果工程师的手表坏掉了，火车就永远不会发车。车门保持打开，汽笛不会鸣响，旅程也不会开始。在活细胞内也可能出现类似的问题。如果控制发育的计时系统失灵，生物体可能永远无法经历达到成年的必要阶段。冷泉港实验室（CSHL）的研究人员现在已经确定在微小线虫 C. elegans 中出现了一个主发育时钟。这一发现揭示了细胞如何通过协调一系列精确时序的基因活动爆发来保持生长和发育按时进行。科学家们识别出一个主发育时钟 数年前，CSHL教授克里斯托弗·哈梅尔和他的同事们发现 C. elegans 的发育是由基因表达的脉冲驱动的。这些基因活动的爆发是顺序发生的，帮助生物体度过每一个生长阶段。然而，仍不清楚这些脉冲是如何如此精确地定时的。研究团队现在发现两个蛋白质，MYRF-1 和 LIN-42，形成一个反馈回路，充当线虫基因组的中央发育时钟。它们共同决定每个基因表达脉冲何时开始以及持续多长时间。研究人员表示，这是首个非重复性生物时钟的例子。“这是我们观察到的线虫所有细胞的中央时钟，”哈梅尔解释道。“它负责协调一系列必须按顺序、且且仅发生一次的基因表达脉冲，以确保适当的发育进程。这就像一个棘轮。它在发育过程中多次开启和关闭基因，但最终只是朝一个方向前进。” MYRF-1 和 LIN-42 如何控制生长 为了揭示时钟的机制，研究人员结合了传统的分子生物学实验与 DNA 测序、蛋白质测序和人工智能工具 AlphaFold。他们的发现揭示，MYRF-1 在发育过程中扮演着多个关键角色。这种蛋白质作为启动每个发育阶段的触发器，并且还在标记其完成的检查点中必不可少。一旦基因活动的爆发开始，MYRF-1 活化 LIN-42。随后，LIN-42 帮助调节基因脉冲的强度和持续时间。两个蛋白共同确保发育按照正确的顺序和适当的速度进行。当研究人员阻断 MYRF-1 时，整个发育程序崩溃。“我们从未见过这样的情况，”哈梅尔说。“MYRF-1 是所有细胞这个主调控时钟的一部分，但它也充当每个生长阶段的钥匙和主钥匙。没有每个阶段所需的正确钥匙，发育就会受阻，无法进展。” 探索细胞时钟如何保持同步 研究团队还包括 CSHL 研究主任利莫尔·约书亚-托尔。他们的下一个目标是更好地了解 MYRF-1 和 LIN-42 如何物理相互作用，以及这些发育时钟如何在不同细胞之间运作。其中一个最令人着迷的问题是，个体细胞时钟在发育过程中是否会相互沟通。“MYRF-1/LIN-42 回路在所有细胞中运作，”哈梅尔说。“当你观察正常发育时，这些独立的细胞时钟似乎是同步的。但它们是否在相互沟通？我们之前从未深入思考过这个问题。” 对发育障碍的潜在影响 理解发育时钟如何运作并保持同步，可能为细胞生长、分化以及组织和器官的发展提供重要的见解。未来，这项研究可能还会帮助科学家更好地理解发育障碍和某些遗传疾病。通过揭示体内的计时系统如何保持生长的进行，研究结果最终可能指向新的方式来解决正常发育受到干扰的情况。就像一列火车最终收到离开车站信号一样，最新发现的 MYRF-1/LIN-42 时钟似乎有助于确保发育在每个阶段稳步前进。