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Science:揭示水螅再生神经系统的过程,为人类神经系统疾病提供线索

来源:本站原创 2019-08-17 08:37

2019年8月17日讯 /生物谷BIOON /——微小的水螅是一种淡水无脊椎动物,与水母和珊瑚有亲缘关系。把水螅切成两半,几天内它的身体和神经系统就会再生。加州大学戴维斯分校(University of California, Davis)的研究人员现在追踪了水螅细胞的命运,揭示了三种干细胞如何变成神经、肌肉或其他组织。

加州大学戴维斯分校(UC Davis)分子和细胞生物学助理教授Celina Juliano、项目科学家Stefan Siebert和包括哈佛大学(Harvard University)博士后研究员Jeff Farrell在内的同事对2.5万个水螅细胞的RNA转录本进行了测序,以追踪几乎所有分化细胞类型的遗传轨迹。

图片来源:Science

Juliano说:"单细胞测序的美妙之处,以及它对发育生物学家如此重要的原因在于,我们实际上可以捕捉到使细胞从干细胞分化为不同细胞类型的基因的表达。"

这项研究为发育生物学家提供了一幅高分辨率的水螅干细胞发育谱系图。Siebert说,这些数据集将帮助研究人员了解在进化早期形成的调控基因网络,这些基因网络在包括人类在内的许多动物中是共享的。例如,了解水螅如何再生整个神经系统,可以帮助我们更好地了解人类的神经退行性疾病。

从三种干细胞中再生

水螅不断地从三个不同的干细胞群中更新它们的细胞。研究人员分析了来自单个水螅细胞的信使RNA分子组(称为转录组),并根据它们表达的基因对细胞进行分组。然后,他们可以建立一个决策树,展示干细胞的每个谱系如何产生不同的细胞类型和组织。例如,间质干细胞谱系产生神经细胞、腺体细胞和触须上的刺细胞。

Juliano说:"通过构建间质谱系的决策树,我们意外地发现了神经元和腺体细胞分化通路具有共同的细胞状态的证据。因此,在做出最终决定之前,间质干细胞似乎要经过一种同时具有腺体和神经元潜能的细胞状态。"

单细胞分子图谱也使得Juliano和他的同事能够识别出控制这些决策过程的基因,这将是未来研究的重点。研究人员对水螅再生神经系统的能力特别感兴趣,这可能为治疗人类创伤或退行性疾病提供见解。

"所有的生物体都有相同的损伤反应途径,但在某些生物体中,如水螅,它会导致再生,"合着者、研究生Abby Primack说。"在其他生物体中,比如人类,一旦我们的大脑受伤,我们就很难恢复,因为大脑缺乏我们在水螅身上看到的那种再生能力。"(生物谷Bioon.com)

参考资料:

Stefan Siebert et al. "Stem cell differentiation trajectories in Hydra resolved at single-cell resolution," Science (2019) DOI: 10.1126/science.aav9314
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