《Nature》惊人发现,肌肉刺激断头再生的奥秘

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2017年11月24日 来源:生物通

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  Whitehead生物医学研究所的一队科学家11月22日在《Nature》发表文章,展示了不同亚型肌肉细胞在策划组织再生过程中的惊人作用。值得注意的是,他们在动物模型中发现,缺乏特定的一种肌纤维亚型,组织就不能再生,另外一种肌肉类型负责调节再生模式,比如控制动物只生出一个头,而不是多个头。

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生物通报道:十多年来,Whitehead研究所的Peter Reddien博士,同时也是麻省理工学院生物学教授以及Howard Hughes医学研究所研究员,他和他的研究团队致力于扁形动物门的代表动物涡虫(planarians)的再生功能研究。这种小蠕虫具有无与伦比的再生能力:你把它从中间切成两片,每一片都能长出缺失的部分最后形成完整的个体。

最上是正常表型涡虫断头再生后的情况,下面两个是RNAi表型涡虫被切开后的情况

“组织和器官再生的核心秘密之一是动物如何启动所有导致再生的细胞和分子步骤?”Reddien说。

在以往的研究中,Reddien研究组发现了一组始终都在表达的基因,它们被称为“位置控制基因(position control genes,or PCGs)”。像GPS坐标一样,这些基因为细胞提供定位指令,提示细胞所处的身体位置以及哪些部分需要再生。让人感到奇怪的是,这些基因的表达位置不是在干细胞,而是在涡虫的肌肉细胞。

莫非,肌肉对组织再生有指导作用?但是,涡虫有好几种肌细胞类型,比如纵向的肌肉纤维和垂直于纵向纤维环绕身体的环状纤维等。为了评估哪种肌肉类型对细胞再生起作用,本文的第一作者Lucila Scimone和她的同事们需要一种方法选择性地删除不同细胞。

myoD基因是纵向纤维特有的,当该基因受到抑制,纵向纤维形成受阻。类似的,nkx1-1基因控制环状纤维,当该基因功能降低时,环状纤维停止发育。于是,利用这些基因分子手术刀,Scimone他们分别消融了涡虫的不同肌肉类型。点击索取吉凯基因RNAi全套产品服务-质粒载体/慢病毒/腺病毒等资料

结果令人大吃一惊。当缺乏纵向纤维时,涡虫生活不受影响,但受伤后(例如头部被切掉了),它们就不能再生失去的部分。这说明,从一开始,纵向纤维就是再生程序不可或缺的成分。

当环状纤维缺失时,涡虫可以再生缺失的身体组件,但是结果是异常的:比如,切掉一个头,长出两个头。

转录组学研究表明,纵向纤维缺失时,两个关键基因功能同时受到破坏,它们是notum(背板)和follistatin(卵泡抑素),在组织损伤之后,这两个基因分别控制从头到尾的决策和持续的细胞增殖。索取2017年Illumina最新测序系统NovaSeq的详细参数资料!

肌肉功能在再生领域并不太受重视,因为大多数人都觉得它们的主要职责就是收缩。这项新研究强调了肌肉引导组织再生程序的新功能。该课题组下一步将继续探讨其他动物的肌肉是否也在再生进程中,行使编码局部定位程序和位置信息功能。

“究竟是什么限制了人类的再生和修复能力?为什么像涡虫这种动物具有奇迹般的修复能力?这些都是我们即将揭晓的生物奥秘。”

原文检索:
Orthogonal muscle fibres have different instructive roles in planarian regeneration  doi:10.1038/nature24660

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