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Nature:重大进展!揭示不同的肌纤维在组织再生中起着不同作用

来源:本站原创 2017-11-23 22:39


图片来自密歇根大学医学院。

2017年11月23日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自美国麻省理工学院怀特海德生物医学研究所的研究人员阐明了不同的肌肉细胞类型在协调组织再生过程中所起的重要作用。他们揭示出在一种扁形虫中,一种肌纤维类型是触发启动组织再生程序的基因活性所必需的。值得注意的是,在缺乏这种肌纤维类型的情况下,再生无法进行。他们报道,另一种肌纤维类型也是为再生的组织提供正确的再生模式(比如形成一个头而不是两个)所必需的。相关研究结果于2017年11月22日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Orthogonal muscle fibres have different instructive roles in planarian regeneration”。

论文通信作者、怀特海德生物医学研究所研究员、麻省理工学院生物学教授、霍华德休斯医学研究所研究员Peter Reddien说,“器官和组织再生的关键奥秘之一就是动物如何启动导致再生的所有细胞步骤和分子步骤?令人吃惊的是,我们揭示出一种分子程序---它协助提供在遭受损伤后启动适当的组织再生所需的分子信息---在一种肌纤维类型中发挥作用,从而有助解决解答这个问题。”

十多年来,Reddien和他的实验室一直在研究一种被称作真涡虫(planarian)的小型扁形虫中的促进再生的生物学机制。这种扁形虫具有一些令人印象深刻的再生能力:当被切成两段时,每段能够再生形成两个完整的有机体所需的身体部分。在之前的研究中,Reddien团队鉴定出一组始终开启的被称作位置控制基因(position control gene, PCG)的基因,这些基因给细胞提供区域特异性的指令,就像一组GPS坐标那样告诉细胞它们在体内的位置,和需要再生哪种身体部分。有趣的是,这些基因在真涡虫的肌肉细胞中是有活性的,这提示着肌肉可能在这种再生过程中发挥着重要的作用。

Reddien说,“这一发现提出了很多关于肌肉如何参与这一过程的问题。”

在真涡虫中,存在着几种肌肉细胞类型。为了评估这些不同的肌肉细胞类型在再生中的作用,论文第一作者Lucila Scimone和她的同事们需要一种选择性地移除它们的方法。myoD是一种在纵向肌纤维中特异性发现的基因,当受到抑制时,这些纵向肌纤维不会形成。类似地,nkx1-1基因是圆形肌纤维的生物标志物,当它的功能下降时,这些圆形肌纤维不会产生。利用这两种基因,他们能够测试清除这些不同的肌肉细胞类型对再生的影响。

令人吃惊的是,当纵向肌纤维被移除时,这些结果是显著的:这种扁形虫能够非常正常地生活,但是当遭受损伤时,它们不能够再生缺失的部分。

Scimone说,“这是一种令人吃惊的结果---它告诉我们这些纵向肌纤维从一开始就是协调这种再生程序所必需的。”

当这些研究人员更加深入地研究这一发现时,他们了解到当这些纵向肌纤维缺失时,两种至关重要的基因的功能受到破坏。这两种被称作notum和follistatin的基因以它们在再生中的作用而为人所知,在组织遭受损伤后,它们分别控制着真涡虫的头部和尾部再生和持续的细胞增殖。

除了这些纵向肌纤维的重要作用之外,这些研究人员也揭示出圆形肌纤维发挥着的一种关键作用。当这些圆形肌纤维缺失时,真涡虫能够再生缺失的身份部分,但是这种再生模式是异常的,比如再生出两个头部而不是一个。

这些结果强调了肌肉在指导这种组织再生程序中发挥着一种重要的之前未被认识到的作用。这些研究人员将继续研究不同的肌肉类型在真涡虫再生中所起的作用,而且也探究了具有再生能力的其他动物是否具有一种类似的肌肉定位程序来提供位置信息。

Reddien说,“只有首先了解是什么机制让真涡虫等一些动物如此出色地完成再生和修复伤口,人们才能理解是什么限制了人类的这种再生和修复的能力。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

M. Lucila Scimone, Lauren E. Cote & Peter W. Reddien. Orthogonal muscle fibres have different instructive roles in planarian regeneration. Nature, Published online:22 November 2017, doi:10.1038/nature24660

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