蜥蜴断尾再生的基因“秘方”

【字体: 时间:2014年08月25日 来源:生物通

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  通过了解蜥蜴断尾如何再生的秘密,我们也许能够开发出刺激人类肢体再生的方法。最近,亚利桑那州立大学的一个研究小组向这个谜题的解答更接近了一步,他们发现了蜥蜴断尾再生的基因“秘方”,相关研究结果发表在最近的《PLOS ONE》。

  

生物通报道:通过了解蜥蜴断尾如何再生的秘密,我们也许能够开发出刺激人类肢体再生的方法。最近,亚利桑那州立大学的一个研究小组向这个谜题的解答更接近了一步,他们发现了蜥蜴断尾再生的基因“秘方”,实质是以合适的数量正确地混合基因成分。

一个跨学科的科学家小组,利用新一代分子和计算机分析工具,研究分析了蜥蜴断尾再生时所开启的基因。他们研究了绿色变色蜥蜴(Anolis carolinensis)的再生尾部,当这种蜥蜴被捕食者捕捉时,会失去它的尾巴,然后又重新长出来。相关研究结果发表在最近的《PLOS ONE》。

本文第一作者、亚利桑那州立大学生命科学学院教授、人文学院和科学学院副院长Kenro Kusumi称:“蜥蜴基本上跟人类共有相同的基因信息。在能够再生完整附肢的动物当中,蜥蜴跟人类的亲缘关系最近。我们发现,在它们再生尾部的特定区域,至少有326个基因被开启,包括胚胎发育、响应激素信号和伤口愈合的相关基因。”

其他动物,如蝾螈、青蛙蝌蚪和鱼类,也能够再生自己的尾部,但大多在肢体末端部位。在尾部再生过程中,它们都会打开所谓的“Wnt通路”中的基因,这个过程是控制许多器官中的干细胞所必需的,如大脑、毛囊和血管。然而,蜥蜴具有独特的组织生长模式,分布在其整个尾部。

亚利桑那州立大学分子和细胞生物学项目研究生、本文共同作者Elizabeth Hutchins称:“再生并非一个一蹴而就的过程。事实上,蜥蜴再生一个功能性尾部,需要超过60天的时间。蜥蜴会形成一个复杂的再生结构,结构中的细胞成长为沿尾巴许多部位的组织。”

ASU生命科学学院副教授、本文共同作者Jeanne Wilson-Rawls称:“我们发现了一种细胞,它们对于组织再生非常的重要。就像在小鼠和人类中,蜥蜴具有能成长和发育为骨骼肌和其他组织的卫星细胞。”

Kusumi指出:“利用下一代技术,测定再生过程中所有表达的基因,我们解开了蜥蜴尾部再生必需基因的秘密。通过跟踪蜥蜴尾部再生的遗传信息,然后在人类细胞中操纵这些相同的基因,就有可能在未来再生出新的软骨、肌肉,甚至脊髓。”

研究人员希望这项研究结果,将有助于开发新的治疗方法,用于脊髓损伤、出生缺陷修复和关节炎等疾病的治疗。

(生物通:王英)

延伸阅读:《PLOS Genetics》:涡虫头部再生相关基因

生物通推荐原文摘要:
Transcriptomic Analysis of Tail Regeneration in the Lizard Anolis carolinensis Reveals Activation of Conserved Vertebrate Developmental and Repair Mechanisms
Abstract: Lizards, which are amniote vertebrates like humans, are able to lose and regenerate a functional tail. Understanding the molecular basis of this process would advance regenerative approaches in amniotes, including humans. We have carried out the first transcriptomic analysis of tail regeneration in a lizard, the green anole Anolis carolinensis, which revealed 326 differentially expressed genes activating multiple developmental and repair mechanisms. Specifically, genes involved in wound response, hormonal regulation, musculoskeletal development, and the Wnt and MAPK/FGF pathways were differentially expressed along the regenerating tail axis. Furthermore, we identified 2 microRNA precursor families, 22 unclassified non-coding RNAs, and 3 novel protein-coding genes significantly enriched in the regenerating tail. However, high levels of progenitor/stem cell markers were not observed in any region of the regenerating tail. Furthermore, we observed multiple tissue-type specific clusters of proliferating cells along the regenerating tail, not localized to the tail tip. These findings predict a different mechanism of regeneration in the lizard than the blastema model described in the salamander and the zebrafish, which are anamniote vertebrates. Thus, lizard tail regrowth involves the activation of conserved developmental and wound response pathways, which are potential targets for regenerative medical therapies.

 

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