科学家发现了控制全身再生的基因

谈到再生时,有些动物能够惊人的壮举。如果你切断蝾螈的腿,它将恢复。当威胁时,一些壁虎掉下来分散他们的掠食者的尾巴,只是以后再生。

其他动物的这一过程更深入。涡虫、水母和海葵在被切成两半后可以再生。

在有机体和进化生物学助理教授曼西·斯里瓦斯塔瓦(Mansi Srivastava)的带领下,一组研究人员正在为动物是yabo124如何实现这一壮举提供新的线索,并在此过程中发现了一些动物的基因突变DNA似乎控制全身再生基因的开关。该研究描述于3月15日的科学论文中。

使用三角豹蠕虫来测试该过程,Srivastava和Andrew Gehrke是一家在她的实验室工作的博士后同伴发现,一段非编码DNA控制了称为早期生长反应的“总体对照基因”或EGR的激活。Active,EGR通过打开或关闭其他基因来控制许多其他过程。

“我们发现的是,这个母基因来自于再生期间正在接通的[和激活]基因,”Gehrke说。“基本上,发生了什么是非编码区域正在告诉编码区域打开或关闭,所以要考虑的好方法就像他们是切换一样。”

对于该过程来说,Gehrke表示,蠕虫的细胞中的DNA通常紧紧折叠和压实,必须改变,使新的区域可用于激活。

三脚绑扎的豹蠕虫进行全身再生。Video by Mansi Srivastava和Andrew R. Gehrke

“很多那些基因组的很紧密包装的部分实际上是身体上变得更加开放,”他说,“因为那里有监管开关必须打开或关闭基因。因此,本文中的一个大发现是,由于不同的部件打开和关闭,基因组是非常动态的,并且在再生过程中真正变化。“

在Gehrke和Srivastava之前可以了解蠕虫基因组的动态性质之前,他们必须组装它的序列 - 没有简单的壮举。

“这是本文的重要部分,”Srivastava说。“我们正在释放这个物种的基因组,这是重要的,因为它是来自这个门的第一个。到目前为止,没有任何全基因组序列。“

她补充说,这也值得注意,因为三条纹豹虫代表了一种研究再生的新模式系统。

她说:“之前对其他物种的研究帮助我们了解了许多关于再生的事情。”“但是有一些理由来研究这些新的蠕虫。“一方面,它们处于重要的系统发育地位。“因此,它们与其他动物的关系……让我们能够对进化做出陈述。”她说,另一个原因是,“它们真的是很棒的实验室小白鼠。”我是几年前在百慕达做博士后的时候在野外收集它们的,自从我们把它们带进实验室后,它们比其他系统更适合使用更多的工具。”

虽然这些工具可以证明基因组在再生过程中的动态特性——Gehrke能够识别多达1.8万个发生变化的区域——但重要的是,斯里瓦斯塔瓦说,他能够从这些研究中获得多大的意义。她说,研究结果表明,EGR就像再生的电源开关——一旦打开,其他过程就会发生,但没有它,什么也不会发生。

“我们能够减少该基因的活动,我们发现如果您没有EGR,则没有任何事情发生,”Srivastava说。“这些动物无法再生。所有这些下游基因都不会打开,所以其他交换机不起作用,整个房子基本上都变暗了。“

虽然该研究揭示了关于过程如何在蠕虫中工作的新信息,但它也可能有助于解释为什么它不适用于人类。

“事实证明,EGR,母系基因和正在下游的其他基因存在于包括人类,包括人类的其他物种中,”Gehrke说。

“当你看看它的序列时,我们称之为这个基因的原因是,它类似于已经在人类和其他动物中研究过的基因。”Srivastava说。“如果你在盘子里有人类细胞并强调它们,无论是机械还是将毒素放在它们上,他们就会立即表达EGR。”

问题是,斯利瓦斯塔瓦说,“如果人类能够开启EGR,而且不仅是开启,而且是在我们的细胞受伤时开启,为什么我们不能再生?”答案可能是,如果EGR是电源开关,我们认为接线是不同的。EGR在人类细胞中与之对话的对象可能不同于它在三带状豹蠕虫中与之对话的对象,安德鲁在这项研究中所做的是提出了一种获取这种连接的方法。所以我们想弄清楚这些联系是什么,然后将其应用于其他动物,包括只能进行有限再生的脊椎动物。”

展望未来,Srivastava和Gehrke表示,他们希望研究再生期间激活的遗传开关是否与开发期间使用的遗传开关是相同的,并继续工作以更好地了解基因组的动态性质。

斯里瓦斯塔瓦说:“现在我们知道了再生的开关是什么,我们正在研究发展中涉及的开关,看看它们是否相同。”“你只是重复开发,还是涉及不同的过程?”

该团队还在努力了解EGR和其他基因激活再生过程的精确方式,适用于三个带豹蠕虫和其他物种。

最后,Srivastava和Gehrke表示,该研究强调了理解的价值不仅是基因组,而是全部基因组 - 非编码以及编码部分。

“只有大约2%的基因组使东西如蛋白质,”Gehrke说。“我们想知道:在全身再生过程中,其他98%的基因组是什么?人们已知一段时间内有许多导致疾病的DNA变化在非编码区域中......但它被低估了整体再生等过程。

“我认为我们只是触及了表面,”他继续说道。“我们已经研究了其中的一些开关,但还有整个基因组如何在更大范围内相互作用的另一个方面,而不仅仅是片段如何打开和关闭。所有这些对基因的开启和关闭都很重要,所以我认为这种调控本质是多层面的。”

“看待自然世界并认为是一个非常自然的问题,如果一个壁虎可以做到这一点,为什么我为什么呢?”Srivastava说。“There are many species that can regenerate, and others that can’t, but it turns out if you compare genomes across all animals, most of the genes that we have are also in the three-banded panther worm … so we think that some of these answers are probably not going to come from whether or not certain genes are present, but from how they are wired or networked together, and that answer can only come from the noncoding portion of the genome.”

这项研究支持在哈佛大学的弥尔顿基金的资助下,塞尔学者计划,史密斯一家基金会,美国国家科学基金会,海伦干草惠特尼基金会人类前沿科学计划,美国国立卫生研究院,医学大培训项目在加州大学伯克利分校,在Marthella Foskett棕色椅子在生物科学,和霍华德休斯医学研究所。

参考文献:“Acoel Genome揭示了全身再生的监管景观”由Andrew R.Gehrke,Emily Neverett,Yi-Jyun Luo,Alexander Brandt,Lorenzo Ricci,Ryan E. Hulett,Annika Gompers,J.Graham Ruby,Daniel S。Rokhsar,彼得W. Redden和Mansi Srivastava,2020年3月15日,科学
DOI: 10.1126 / science.aau6173

3评论关于“科学家揭示控制全身再生的基因”

  1. 科学家应该继续研究再生肢体和身体部位的动物的EGR
    他们可能会发现如何打开和关闭这些基因。然后他们可以将他们的发现应用于人类。也许人类可以再生四肢和身体部位

  2. 我遇到一个来自新西兰的白人男孩,他又长出了他失去的半根手指。我想知道如何?这一事件被记录下来,因为我几乎是在同一时间偶然读到一篇关于它的文章。他现在已经50岁了,还有我儿子他是我最好的朋友。手指的构造更粗糙,更像脚趾,但功能却很完美。(顺便说一句,他的脚趾都长得好好的。)

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