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科学家发现控制全身再生过程的基因开关

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科学家发现控制全身再生过程的基因开关
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当谈到再生时,我们都会想到一些动物令人惊讶的再生能力,比如从蝾螈身上割下腿,它还能重新长出来。当受到威胁时,壁虎会让它们的尾巴断落,分散注意力,以后再重新生长。甚至还有一些动物,如涡虫水母可以在被切成两段的时候还可以再生出整个身体。为什么这些动物似乎可以永远不死呢?其中的分子机制是什么呢?

来自麻省理工学院的进化发育生物学家Mansi Srivastava研究组近期发现了大量调控全身再生基因的DNA开关,这一重要发现公布在3月15日的Science杂志上。

主控基因EGR

他们采用的是three-banded panther worms,一种研究再生的模式动物,研究发现一段非编码DNA可以调控一种被称为早期生长反应(early growth response,EGR)的“主控基因”,一旦EGR被激活,就可以调控其它基因,打开或关闭许多生理过程。

Srivastava表示,“观察自然界经常会提出这样一个问题,那就是为什么壁虎能做到,为什么我们不能?有许多物种可以再生,也有许多物种不能再生,事实证明,如果你比较所有动物的基因组,就会发现我们大多数的基因其实都差不多,因此我们认为这其中的答案可能并不是说某些基因是否存在,而是它们如何连接在一起的,也就是答案来自于基因组的非编码部分。”

“要使这个过程起作用,细胞中的DNA通常需要被紧密折叠和压实,”文章的另外一位作者,Andrew Gehrke说,“基因组中许多包装非常紧密的区域实际上变得可以更开放,因为那里有监管开关,打开或关闭基因。因此,本文的一个重要发现就是基因组实际上处于一种非常动态的状态中,在再生过程中真正发生变化的是不同的区域。”

新一代再生研究模式动物

为了清楚的了解这个过程,Gehrke和Srivastava必须重新组装动物的序列,这个过程并不简单。

“这也是本文的重要组成部分,我们发布了这个物种的基因组,这很重要,因为这是这个门被测序的第一个物种,”Srivastava说。

“以前关于其他物种的研究有助于我们学习很多有关再生的知识,”她说,“但是我们为什么要挑选它来作为研究对象的,原因之一是这些动物处于一个非常重要的系统发育位置,它们与其他动物的关系能帮助我们提出一些与进化有关的观点。”

“另一个原因是它们确实很适用于实验,几年前博后阶段,我从百慕大找到了这些虫子,把它们带回了实验室,事实证明它们比其它系统更适用于一些研究工具。”

最终,Gehrke确定了多达18,000个变化区域,研究证明EGR就像一个再生的电源开关——一旦打开,就可以激发其它生理过程,没有它,就没有任何反应。

而且,研究人员也证明其它物种,包括人类中也存在主控基因EGR和其它下游打开或关闭的基因。

为何人类不能再生?

“但问题是:如果人类可以打开EGR,而且不仅能打开它,还可以在细胞受损时打开它,那么为何我们不能再生呢?”Srivastava说,“答案可能在于,如果EGR是电源开关,我们认为人体的接线是不同的。人体细胞中EGR信号指令指向的方向与three-banded panther worm不同。我们这项研究找到了一种弄清楚这种连接的方法,因此我们想要找到这种连接,然后将其应用于其它动物,比如其它只能进行有限再生的脊椎动物。”

Srivastava和Gehrke说,我们希望能了解整个基因组动态,了解EGR和其它基因激活再生过程的精确方式,而且这些研究不仅强调了理解基因组的价值,还强调了解所有基因组,非编码以及编码部分的重要性。

“我认为我们只是触及了表面,”Gehrke说,“我们已经研究了这些开关中的一些,但是基因组如何在更大范围内进行交流呢?不仅仅是如何打开和关闭碎片基因,而是所有的这一切对于打开和关闭基因都很重要,因此我认为这种监管性质有多层次。”

(生物通:万纹)

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