研究人员发现了涡虫再生的关键分子机制

Researchers identify new molecular mechanism key to planarian regeneration — **图片:这些扁虫能够再生身体的任何部位，甚至是头部。**

涡虫是淡水扁虫，已成为研究再生和干细胞的关键模型，因为它们可以再生身体的任何部位，甚至是头部。但是动物如何知道自己身体的哪一部分缺失了，需要再生什么样的组织呢?

来自巴塞罗那大学遗传学、微生物学和统计学系和UB生物医学研究所(IBUB)的研究人员研究了这些动物的再生过程，并确定了细胞间信号通路Wnt的调节如何改变染色质，即细胞核中细胞拥有的遗传物质。截肢几个小时后，这种机制让伤口干细胞知道新组织的命运。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上，涉及来自安达卢西亚发育生物学中心(CABD)、塞维利亚Pablo de Olavide大学和东安格利亚大学(英国诺维奇)的研究人员。

基因组研究

真涡虫惊人的可塑性是由于存在一群多能成体干细胞，即新细胞，它们能够在生物体中复制任何类型的细胞。截肢后，当新的组织必须再生时，有一个时间窗口，在这个时间窗口里，这些多能细胞一切皆有可能，根据细胞在被切断的地方接收到的信号，这些细胞的目的地就决定了。这个过程的第一步是指定身体轴，例如前后轴，它定义了头部和尾部的位置。

为了了解这种现象是如何发生的，研究人员对头部和尾部截肢后伤口附近的细胞进行了基因组研究。使用ATAC-seq和Chip-seq技术，研究人员能够在特定时间分析这些组织中可访问或不可访问的基因组区域，在这种情况下，截肢后12小时。“转录因子负责基因的表达，只有开放的区域才能进入。因此，这些研究让我们知道哪组基因在切口12小时后在伤口细胞中被激活，以及涡虫的前部和后部是否不同，”生物学院讲师兼研究协调员特蕾莎·阿德尔说。

抑制或激活Wnt通路再生头部或尾部

结果显示，截肢12小时后，染色质(细胞核内细胞的遗传物质的集合)改变了构象，这取决于伤口附近的细胞是否检测到它们需要再生一个头或尾巴。此外，他们还表明，调节细胞基因表达的染色质组成的变化取决于细胞信号通路——Wnt通路——是否被激活。“如果需要头部，Wnt通路就会被抑制;如果需要尾巴，它就会被激活。此外，这种染色质组成的变化发生在切割12小时后;新的组织尚未形成，但细胞已经知道接下来该怎么做。”

与其他生物的异同

理解涡虫的这种再生对于理解其他生物的这一过程很重要，因为允许器官和组织正确再生的分子机制在进化上是保守的，即它们在所有动物中都非常相似。在这个意义上，以前的研究已经表明，在许多生物(包括哺乳动物)的胚胎发育和成年动物的再生过程中，Wnt通路的调节是负责指定前后轴的。Teresa Adell指出:“我们的研究揭示了在涡虫中如此的机制，但在其他动物中也是如此:Wnt通路指定了哪些基因被表达，因此，细胞目的地，因为它们从再生的第一刻起就调节染色质构象。”

此外，研究结果还突出了与其他动物的差异。“我们的研究证实了这样一种观点，即像涡虫这样具有可塑性的生物具有高度活跃的细胞间信号通路，就好像它们是胚胎一样，这意味着任何环境的变化都可能改变细胞的命运。这与哺乳动物不同，例如，哺乳动物的细胞可塑性要有限得多，”研究人员说。

重编程的风险

就人类而言，这项基础研究在未来可能产生的生物医学影响，研究人员强调，其影响“不是直接的，而是概念上的”:“在这项研究中，我们表明，再生能力与细胞重新编程以改变自身命运的能力有关。因此，提高人类再生能力的一种策略可能是激发细胞重编程，”Teresa Adell说。

在任何情况下，研究人员都对这种策略持谨慎态度，并警告说它可能会产生不良影响，比如肿瘤转化。“在能够再生的动物模型中，研究表明，必须被激活才能再生的信号，如Wnt通路，在被错误激活时也会促进肿瘤进程。通常情况下，没有什么是绝对的好或坏，这取决于我们所处的环境。”

开放存取数据

在研究期间进行的所有基因组分析结果都已集成到PlanExp开放获取平台中，目的是为科学界共享信息并促进数据分析。