渦蟲奇特再生能力的關鍵所在

日期：2016-08-15 09:06:01

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，來自美國斯托瓦斯醫學研究所的研究人員，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。這一結果發表在2016年8月11日的《Developmental Cell》雜志上，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。

這項研究的通訊作者、斯托瓦斯醫學研究所和霍華德休斯醫學研究所的Alejandro Sánchez Alvarado博士指出：“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，Sánchez Alvarado想找到形成這些戲劇性種群動態的確切信號。他實驗室的博士后Kai Lei，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，Lei和他的同事們采用了一種先進的分子技術——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。

Lei說：“盡管有研究早就提出，細胞不對稱分裂存在于渦蟲中，但是這項研究首次提供了其存在的直接分子證據。”他表明，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，Sánchez Alvarado和他的團隊發現了DNA修復相關的幾個基因。

Sánchez Alvarado說：“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）。”