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渦蟲奇特再生能力的關鍵所在

來源:上海易利生物科技有限公司   2018年03月12日 08:15  

 

許多生物都具有特殊的能力,使它們在眾多物種中獨樹一幟。例如,獵豹每小時能奔跑60英里;螞蟻能舉起自身體重100倍的物體;扁形渦蟲可以再生出截肢部位。科學家們花了幾十年的時間,來研究驅動這些驚人特技的機制,并希望他們能發現任何的秘密,為人類生物學帶來新的觀點,并帶來新的方法改善健康和緩解疾病。

現在,美國的研究人員發現了一個關鍵的分子,可指導渦蟲干細胞來復制自己。這個分子稱為EGFR-3,是一連串信號的一部分,這些信號似乎控制著這些細胞分裂和分化的方式,以響應近致死輻射水平。這一結果對于促進再生醫學和發展更有效的癌癥療法,具有重要的意義。在這個信號級聯中的所有基因,在從渦蟲到人類之間都是保守的。類似的過程也可能發生在我們自己的細胞內,只是我們不知道而已。事實上,擾亂我們身體的任何事情——老化、損傷,甚至辣的食物,都可能影響我們干細胞的功能。如果我們更好的了解渦蟲如何調節它們干細胞的種群動態,那么就可以為應對我們自己的疾病,提供線索。

渦蟲因其再生性能而享譽世界。從中間將其分裂成兩半,會在其位置上出現兩個相同的生物。從動物身體上切割約1/279的一個碎片,它會再生出一只完整的動物。這種能力來源于一組特殊的成人干細胞——稱為成體未分化細胞(neoblasts),它們散布在這些淡水蠕蟲的體內。幾年前,研究人員通過使這些生物接受近致死劑量的輻射,測試了這些有再生能力的生物的極限。他們發現,即使只存在一個單一的未分化細胞,仍然足以再生出渦蟲干細胞的全部群體。

在本研究中,研究人員想找到形成這些戲劇性種群動態的確切信號。他們決定尋找與干細胞相關、因此在該過程中發揮作用的普通嫌疑因子——即EGF、FGF、胰島素、VEGF、TGF-β、Wnt/β-catenin、Hedgehog和Notch信號通路。首先,們采用了一種*的分子技術——被稱為RNA干擾,來沉默可疑信號轉導通路中的不同基因。接下來,他讓渦蟲暴露于一定劑量的輻射,該劑量會殺死大部分、但不是全部的成體未分化細胞。然后,他等待觀察,每一個沉默的基因對“未分化細胞恢復、重新繁殖并恢復輻射動物生存的能力”有什么影響。

研究人員發現,egfr-3基因是未分化細胞增殖所必需的。這種基因編碼的一種蛋白質——被稱為表皮生長因子,位于細胞表面,已知可刺激另一種細胞類型的生長、增殖和分化。當他們采用熒光染色照亮成體未分化細胞上的EGFR-3蛋白來確認他們的研究結果時,他們偶然發現了一些奇怪的現象。在細胞頂端的蛋白質,就像研究人員預期的那樣,不是被隨機分布在整個表面,而是都聚集在一邊,像一頭任性的頭發。

EGFR -3的不均勻分布表明,該蛋白可能參與了一種稱為不對稱細胞分裂的現象,它與對稱細胞分裂一起,構成了細胞復制自我的兩種方式。在不對稱的細胞分裂中,母細胞分裂成兩個有不同命運的子細胞——一種可能是成體未分化細胞,另一種可能是肌肉細胞或光感受器細胞。在對稱的細胞分裂中,母細胞分裂成兩個具有相同屬性的子細胞。盡管有研究早就提出,細胞不對稱分裂存在于渦蟲中,但是這項研究提供了其存在的直接分子證據。  

當EGFR -3正常發揮作用時,已輻射的neoblasts有一半時間通過不對稱細胞分裂而進行分裂,另一半的時間則是通過對稱細胞分裂進行分裂。但當他沉默EGFR-3的時候,不對稱分裂的細胞受損。研究人員認為,這一特定的途徑可能提供了一種質量控制,以確保通過輻射或其他損害而發生的基因組錯誤不會傳播。事實上,當他們進一步分析這個途徑時,研究團隊發現了DNA修復相關的幾個基因。不對稱的細胞分裂可能是除掉‘害群之馬’的一種方式。雖然我們沒有證據,但我們認為,這一信號通路有助于除掉攜帶缺陷的細胞,從而使它們有不同的命運,這樣它們就不再制造更多的干細胞(成體未分化細胞)。

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