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头条 弄断下半身,克隆一个我:涡虫是怎么做到的?

2019-09-28 13:43梁山综合信息门户网站编辑:admin人气:


  
  文章本源:Nature人造科研
 
  原文作者:Thomas W。 Holstein
 
  涡虫一类的扁虫可以将自身的身体蟠踞为片段,并由这些片段再生出新的残缺的涡虫。科学家近来提示了调控这种裂殖发生频次的份子机制。
 
  要理解组织与器官如何再生,起首就要弄明晰特定的机制和因子如安在空间和岁月上调控细胞和组织。涡虫被切割上去的片断可以从头长出缺失的身体并构成完整的虫体,因而被宽泛使用于再生研究。涡虫同时具有自我切割的死守,被喻为裂殖,它们延展身体并放大尾部组织,使身体后部断裂并成长出克隆。裂殖发生与否取决于亲虫的大小,但其中的份子与细胞历程尚不豁亮。Arnold等人在《天然》发表文章,报导建设了一种牢靠的可以诱惑涡虫Schmidtea mediterranea裂殖的门径,并且表明波及Wnt和转化生长因子β (TGF-β)卵白的细胞旌旗灯号转导通路是休养这一过程的枢纽。
 
再生片段和裂殖亲本的状态和/或外部组织的阐发。   图片来源:Arnold et al。(Reference 1)
  Wnt信号通路在发育和细胞潮解中起着选择性浸染,并与许多疾病亲昵相关[2]。Wnt卵白具有高度的多样性,只具有于植物中,由细胞分泌并一般附着于一条脂链上。它们颠末与差距眷属的受体卵白结合,诱发一致的顽劣细胞信号级联来调控细胞质因子的水准,这些细胞质因子可以控制基因批注,进而管束细胞效用。固然近些年来咱们对于Wnt旌旗灯号通路若何影响组织造成的理解有了很大的前进,但对于这一过程与特定组织从命之间的干系仍不甚相识。
 
  过去关于涡虫的研讨也曾描写出了组织造成的份子构架,盲目Wnt蛋白浓度梯度管制沿动物长度倾向的组织组成(即前后轴倾向),TGF-β浓度梯度管束由上到下偏向的组织造成(即背腹轴标的目的)。有钻研指出涡虫裂殖受沿先后轴标的目的的代谢勾当梯度、定位分子或神经激素份子梯度的调控。一项研讨表明裂殖可能被前部的神经琐细压榨,而另外一项钻研考试了推动其发生的生物力学成份和组织特性。
 
  再生可以通过以实行手腕将涡虫切成小段来利诱完成,然而裂殖却短少刚烈牢靠的蛊惑方式,这极大地限定了对这一过程的钻研。然而Arnold等人发明,将涡虫转移到食物受限且水不轮回的培养环境中,可以在长度超过4毫米或5毫米的涡虫中威胁裂殖(图1)。颠末解析影象纪录,钻研人员缔造裂殖继续30分钟支配,并孕育发生出约1毫米长的片段,裂殖发生频率与亲虫大小相关。Arnold等人还发现,当他们在畸形培养物中对放置在涡虫上方的盖玻片施加压力时,涡虫会沿其前后轴方向决裂成多个划定规矩距离的片段。这表明,在成虫中具备开初建树的裂殖立体,其数量随涡虫的大小而变动,而匿伏的分段构造是这种相关的根抵。
 
  图1:涡虫中的尺寸托咐型裂殖行为。涡虫可以经过裂殖的方式进行繁衍。在这一过程当中,一一小块组织从涡虫的身体后部雕残,再生成残缺的虫体。Arnold等人查验了裂殖过程当中的份子与细胞根柢。他们创造裂殖的发生频次与亲虫的尺寸相关。对Wnt旌旗灯号通路中管束涡虫体长方向组织散布的特定卵白疏解,进行试验搅扰(终究未显现),并不影响裂殖的职位,但会添加或飞腾裂殖事情的频率。作者表明Wnt信号通路可以休养涡虫前端按捺裂殖举动的神经元细胞群的小尺度漫衍内容(方框内),并表明这些神经元的散布模式随植物大小而更改。
  以饥饿法与加压法蛊惑的涡虫裂殖作为东西,作者研究了哪些份子对于尺寸拜托型裂殖是必不行少的。在一项遴选实行中,他们行使不合的RNA分子来选择性地克服组织构成历程中的卵白质,这其中就包括Wnt 与 TGF-β旌旗灯号通路中的蛋白质[4,6,9,10]。这些针对性的侵扰影响了裂殖发生的频次,例如APC是一种打败Wnt信号通路的蛋白,阻断其批注会导致以皱缩举动为标识表记标帜的连续裂殖尝试频次越发。然而,侵陵这些旌旗灯号通路并没有影响裂殖平面沿体轴的定位。于是,Wnt 和TGF-β信号通路对裂殖行为的调控似乎与它们在轴向形成中的遵守无关。
 
  曾有一项基因标明阐发研究提示了编码Wnt与TGF-β信号通路蛋亮的基因与中枢神经细碎(CNS)神经细胞的基因存在共抒发明象。在Arnold及其共事的钻研中,去除涡虫包含头神经节(即一同组成大脑的两个神经元簇)的前端会招致裂殖举止的延误。作者在一种神经元转录因子卵白注释被压迫的涡虫中也创造了这种担搁现象,这种转录因子已被证明在CNS造成进程中是必不行少的。
 
  Arnold等人发明了一组对机械刺激敏感的神经元细胞在Wnt与TGF-β信号通路的粗俗起感导来按捺裂殖举动。作者证明了Wnt与TGF-β信号通路一块儿调控了这些与其他特定神经元的散布。检验这些轴向散播的症结管教因子是若何管教涡虫神经体系的分布形成,使人感到亢奋——差异品种细胞漫衍的一个需求标题是祖细胞如何整合这些信号通路来蛊惑特定品种神经元细胞的再生。
 
 
 
 
 
  然而Arnold等人将他们的解析驱散在裂殖的要挟上,对付拘留的组织碎片若何形成残破动物仍知之甚少。譬如,目前尚不清楚这些涡虫在裂殖后能否以被切断后的方式再生。在这两种情况下,被称为新胚芽的干细胞群结合在组织碎片的伤口部位,形成被喻为芽基的团块,进而再生差异的器官和组织。但是切割或裂殖平面的身分消息如何通报给新胚芽,当前仍不清晰。
 
  经由裂殖发展无性繁衍的不止是涡虫,也是此外蠕虫样生物(包括阿科尔扁形虫与其他的无腔扁虫和环节植物)发展种群扩充的首要策略,这类裂殖发生在动物的身体后部。海葵也可以颠末裂殖来进行无性孳生,而出芽生殖——一种与裂殖有关的无性繁衍战略——在海水动物水螅中失去了很好的描述,这种生殖方式与再生亲昵相关。
 
  在差别的形式生物中对裂殖与出芽生殖进行过细的研讨很是需求,因为在这些过程中,组织器官的组成是在无伤口的情况下完成的,于是或是与受伤后的再生进程不合。若是涡虫裂殖和被切割后的再生进程真实相斥,那末将来的钻研应该必然不敷毁伤旌旗灯号的裂殖组织中的补偿机制。这类研究对于理解毁伤旌旗灯号和组织器官构成信号如何配合以提议再生过程相等重要。
 
   
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(来源:未知)

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