一古老基因是超强再生能力的关键

2011-5-20 10:33 来源: 中国科学院
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  蠕虫具有惊人的再生能力,整个身体都能再生。无论失去任何细胞或组织——肌肉、神经、表皮、眼睛,甚至大脑,都能再长出来。切掉它们的头也能再生,如果从中间切断,会长成两条。这一现象长期吸引着人们的极大兴趣。据美国物理学家组织网5月17日报道,美国西北大学和麻省理工大学研究人员合作研究发现,一种迄今甚少研究的古老基因正是决定蠕虫超强再生能力的关键,该发现对研究组织再生、人体修复和再生医学都具有重要意义。相关研究发表在近日出版的《科学》杂志上。

  这种基因名为“背板”(notum),在再生过程中起着决定作用。由这种基因合成的蛋白质决定了在被切断的位置上,再生出来的是蠕虫的头部还是尾巴。如果背板基因失去活性,蠕虫将会在头部长出尾巴,成为“两尾动物”。

  西北大学温伯格文理学院分子生物学副教授克里斯蒂安·彼得森与麻省理工大学和怀特黑德生物医学研究所的生物学副教授彼得·雷迪恩合作,对一种名为真涡虫的扁形虫进行了研究。真涡虫的超强再生能力依赖于一群成体干细胞,研究它们怎样重新长出失去的身体部分,能帮助掌握这种干细胞调控组织修复的天然分子过程,以便能用于高等动物。

  他们通过研究发现,背板基因控制着Wnt信号的生化路线。Wnt路径存在于所有动物中,控制着多种发育过程和疾病,包括组织修复和癌症。彼得森解释说,再生动物必须有一套健全稳定的指令系统,才能再生出正确的组织结构。这需要利用一种指示信号,来指出与伤口相关的坐标方向,才能再生出所需要的部分。背板基因与Wnt路径相互作用,形成了真涡虫的再生指令系统。

  当真涡虫的头或尾被切除后,Wnt信号路径被激活,被激活的路径只在朝向头部伤口的位置开启背板基因,通过一个反馈回路,背板基因反过来使Wnt活性程度进一步降低到一定程度直到头部再生成功;在朝向尾巴的伤口,背板基因的活跃程度,只能促进尾部再生。蠕虫再生出头或尾需要约一周时间。

  研究人员指出,背板基因和Wnt信号路径在进化过程中都非常古老,且背板基因在从海葵到果蝇甚至人类等生物中广泛存在,只是其作用很少有人知道。真涡虫中背板基因与Wnt信号路径相互作用的现象可能在其他生物中也广泛存在,Wnt信号路径在组织修复过程中的作用已被广泛研究,而背板基因可能发挥着核心作用。