當(dāng)談到再生時(shí),我們都會(huì)想到一些動(dòng)物令人驚訝的再生能力,比如從蠑螈身上割下腿,它還能重新長(zhǎng)出來(lái)。當(dāng)受到威脅時(shí),壁虎會(huì)讓它們的尾巴斷落,分散注意力,以后再重新生長(zhǎng)。甚至還有一些動(dòng)物,如渦蟲(chóng)水母可以在被切成兩段的時(shí)候還可以再生出整個(gè)身體。

為什么這些動(dòng)物似乎可以永遠(yuǎn)不死呢?其中的分子機(jī)制是什么呢?

來(lái)自麻省理工學(xué)院的進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)家Mansi Srivastava研究組近期發(fā)現(xiàn)了大量調(diào)控全身再生基因的DNA開(kāi)關(guān),這一重要發(fā)現(xiàn)公布在3月15日的Science雜志上。

主控基因EGR

他們采用的是three-banded panther worms,一種研究再生的模式動(dòng)物,研究發(fā)現(xiàn)一段非編碼DNA可以調(diào)控一種被稱(chēng)為早期生長(zhǎng)反應(yīng)(early growth response,EGR)的“主控基因”,一旦EGR被激活,就可以調(diào)控其它基因,打開(kāi)或關(guān)閉許多生理過(guò)程。

Srivastava表示,“觀察自然界經(jīng)常會(huì)提出這樣一個(gè)問(wèn)題,那就是為什么壁虎能做到,為什么我們不能?有許多物種可以再生,也有許多物種不能再生,事實(shí)證明,如果你比較所有動(dòng)物的基因組,就會(huì)發(fā)現(xiàn)我們大多數(shù)的基因其實(shí)都差不多,因此我們認(rèn)為這其中的答案可能并不是說(shuō)某些基因是否存在,而是它們?nèi)绾芜B接在一起的,也就是答案來(lái)自于基因組的非編碼部分?!?/strong>

“要使這個(gè)過(guò)程起作用,細(xì)胞中的DNA通常需要被緊密折疊和壓實(shí),”文章的另外一位作者,Andrew Gehrke說(shuō),“基因組中許多包裝非常緊密的區(qū)域?qū)嶋H上變得可以更開(kāi)放,因?yàn)槟抢镉斜O(jiān)管開(kāi)關(guān),打開(kāi)或關(guān)閉基因。因此,本文的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)就是基因組實(shí)際上處于一種非常動(dòng)態(tài)的狀態(tài)中,在再生過(guò)程中真正發(fā)生變化的是不同的區(qū)域。”

新一代再生研究模式動(dòng)物

為了清楚的了解這個(gè)過(guò)程,Gehrke和Srivastava必須重新組裝動(dòng)物的序列,這個(gè)過(guò)程并不簡(jiǎn)單。

“這也是本文的重要組成部分,我們發(fā)布了這個(gè)物種的基因組,這很重要,因?yàn)檫@是這個(gè)門(mén)被測(cè)序的第一個(gè)物種,”Srivastava說(shuō)。

“以前關(guān)于其他物種的研究有助于我們學(xué)習(xí)很多有關(guān)再生的知識(shí),”她說(shuō),“但是我們?yōu)槭裁匆暨x它來(lái)作為研究對(duì)象的,原因之一是這些動(dòng)物處于一個(gè)非常重要的系統(tǒng)發(fā)育位置,它們與其他動(dòng)物的關(guān)系能幫助我們提出一些與進(jìn)化有關(guān)的觀點(diǎn)。”

“另一個(gè)原因是它們確實(shí)很適用于實(shí)驗(yàn),幾年前博后階段,我從百慕大找到了這些蟲(chóng)子,把它們帶回了實(shí)驗(yàn)室,事實(shí)證明它們比其它系統(tǒng)更適用于一些研究工具?!?/p>

最終,Gehrke確定了多達(dá)18,000個(gè)變化區(qū)域,研究證明EGR就像一個(gè)再生的電源開(kāi)關(guān)——一旦打開(kāi),就可以激發(fā)其它生理過(guò)程,沒(méi)有它,就沒(méi)有任何反應(yīng)。

而且,研究人員也證明其它物種,包括人類(lèi)中也存在主控基因EGR和其它下游打開(kāi)或關(guān)閉的基因。

為何人類(lèi)不能再生?

“但問(wèn)題是:如果人類(lèi)可以打開(kāi)EGR,而且不僅能打開(kāi)它,還可以在細(xì)胞受損時(shí)打開(kāi)它,那么為何我們不能再生呢?”Srivastava說(shuō),“答案可能在于,如果EGR是電源開(kāi)關(guān),我們認(rèn)為人體的接線(xiàn)是不同的。人體細(xì)胞中EGR信號(hào)指令指向的方向與three-banded panther worm不同。我們這項(xiàng)研究找到了一種弄清楚這種連接的方法,因此我們想要找到這種連接,然后將其應(yīng)用于其它動(dòng)物,比如其它只能進(jìn)行有限再生的脊椎動(dòng)物?!?/p>

Srivastava和Gehrke說(shuō),我們希望能了解整個(gè)基因組動(dòng)態(tài),了解EGR和其它基因激活再生過(guò)程的精確方式,而且這些研究不僅強(qiáng)調(diào)了理解基因組的價(jià)值,還強(qiáng)調(diào)了解所有基因組,非編碼以及編碼部分的重要性。

“我認(rèn)為我們只是觸及了表面,”Gehrke說(shuō),“我們已經(jīng)研究了這些開(kāi)關(guān)中的一些,但是基因組如何在更大范圍內(nèi)進(jìn)行交流呢?不僅僅是如何打開(kāi)和關(guān)閉碎片基因,而是所有的這一切對(duì)于打開(kāi)和關(guān)閉基因都很重要,因此我認(rèn)為這種監(jiān)管性質(zhì)有多層次。”

來(lái)源:生物通