PNAS:控制器官再生能力的分子機制

2020-12-08 生物谷

在自然界中，某些動物天生就具有讓人驚嘆的再生能力，如蠑螈，如果斷了一條腿，不久以後便能長出一條新腿。斑馬魚也能夠在鰭斷開的位置重新長出新的鰭。

相比之下，人類卻只有最基本的再生能力。因此，科學家希望能通過對這些動物的研究，最終找到修復或再生受損組織的方法。

在一項發表於PNAS雜誌的研究報告中，密西根大學的研究人員利用模式生物斑馬魚發現，斑馬魚的不同組織的再生過程中，某些基因是相同的，如斑馬魚鰭的再生和心臟修復過程中的基因，在眼睛的光受體的再生中也發揮作用。這表明，不論身體的哪部分受損，其再生機制可能由一種共同的分子機制控制。

研究人員將斑馬魚置於強光下短暫處理，破壞斑馬魚眼睛中的光受體。這類似於人眼被太陽光灼傷，如果損傷較嚴重，往往會致人失明。但斑馬魚卻能很快長出新的神經元修復損傷。

那麼這些新形成的神經元是從什麼分化而來呢？研究人員猜測可能來自於視網膜的一種Müller glia細胞，這種猜測隨後在另一名研究人員的實驗中得到證實。

在這項新的研究中，研究人員Zhao Qin想找出促使Müller glia細胞再生原因。Qin仔細研究了斑馬魚受損並再生的視網膜中Müller glia細胞基因表達的模式，並以未受損的斑馬魚為對照。她發現兩組斑馬魚比較，一共有953個基因的表達模式發生變化，其中有兩個基因hspd1和mps1尤其值得關注，這兩個基因也參與到斑馬魚鰭的再生和心臟的再生。（生物谷Bioon.com）

生物谷推薦原始出處：

PNAS May 27, 2009, doi: 10.1073/pnas.0811186106

Genetic evidence for shared mechanisms of epimorphic regeneration in zebrafish

Zhao Qin, Linda K. Barthel and Pamela A. Raymond,1

1 Department of Molecular, Cellular, and Developmental Biology, University of Michigan College of Literature, Science, and the Arts, 830 North University, Ann Arbor, MI 48109-1048

In a microarray-based gene profiling analysis of Müller glia-derived retinal stem cells in light-damaged retinas from adult zebrafish, we found that 2 genes required for regeneration of fin and heart tissues in zebrafish, hspd1 (heat shock 60-kDa protein 1) and mps1 (monopolar spindle 1), were up-regulated. Expression of both genes in the neurogenic Müller glia and progenitors was independently verified by quantitative reverse transcriptase PCR and in situ hybridization. Functional analysis of temperature-sensitive mutants of hspd1 and mps1 revealed that both are necessary for Müller glia-based cone photoreceptor regeneration in adult zebrafish retina. In the amputated fin, hspd1 is required for the induction of mesenchymal stem cells and blastema formation, whereas mps1 is required at a later step for rapid cell proliferation and outgrowth. This temporal sequence of hspd1 and mps1 function is conserved in the regenerating retina. Comparison of gene expression profiles from regenerating zebrafish retina, caudal fin, and heart muscle revealed additional candidate genes potentially implicated in injury-induced epimorphic regeneration in diverse zebrafish tissues.

相關焦點

  • 每日摘要:結球萵苣控制葉球形成的分子機制(PNAS)
    蔬菜中控制葉球形成的遺傳和分子機理還不清楚。本文中，作者精細定位到了一個控制萵苣葉球形成的主效數量性狀位點，並成功克隆到了該基因。候選基因LsKN1是玉米中knotted 1基因的一個同源基因。遺傳互補和CRISPR/Cas9敲除試驗驗證了LsKN1基因在葉球形成中的作用。在能夠形成葉球的萵苣中，LsKN1基因的第一個外顯子上插入了一個CACTA類轉座子，即LsKN1▽。
  • 專家點評Science|揭示高等哺乳動物再生能力丟失的機制
    低等脊椎生物如魚類、蠑螈等，具有極強的器官再生能力，他們可以再生受損的心臟、大腦、脊椎及肢體；相比之下，高等哺乳動物（包括人類）卻在進化過程中丟失了這些讓人夢寐以求的再生能力。現代再生醫學的一項重要任務就是幫助人們恢復因疾病、衰老或其它原因造成損傷器官的功能，然而迄今為止，我們仍然不清楚高等哺乳動物再生能力因何丟失。
  • 鄧宏魁/徐君/李程合作建立具備再生能力的新型類器官培養方法
    這些特徵與腸道損傷再生過程出現的「增生態」（Hyperplastic）隱窩非常相似（隱窩位於絨毛基部，是由幹細胞及其後代組成的增殖區域），因此8C條件下誘導的小腸類器官被命名為「增生態」小腸類器官，簡稱Hyper類器官（Hyper-organoid）。與傳統類器官相比，Hyper類器官的擴增能力得到了極大增強：連續培養5代之後，小腸幹細胞數量相比傳統類器官提升了10000倍。
  • PNAS:揭示腸道菌群負面影響機體血糖水平的分子機制
    全球數百萬人都經歷著引發糖尿病的嚴重血糖問題，近日，來自福林德斯大學等機構的科學家們通過研究揭示了腸道菌群影響血清素從而負面影響機體血糖水平的分子機制，相關研究成果刊登在國際雜誌PNAS上。
  • PNAS:研究發現凝血蛋白將阻礙脊髓損傷後的再生
    一旦受傷，由於大腦和脊髓中存在多種抑制分子，所以神經細胞無法修復，最終導致患者癱瘓。科學家驚訝的發現纖維原蛋白大量聚集在受傷區域。這使得小組開始研究凝血蛋白對神經細胞再生能力的影響。         Akassoglou說：「結果顯示，凝血蛋白直接影響神經細胞再生能力。」含有纖維原蛋白的血液一旦滲入到受傷區域，凝血蛋白就會通過結合到β3受體來阻止軸突生長。
  • PNAS:揭示表觀遺傳學修飾背後的精確分子機制
    2020年6月16日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，一項刊登在國際雜誌Proceedings of the National Academy of Sciences上的研究報告中，來自歐洲分子生物學實驗室的科學家們通過研究揭示了表觀遺傳學修飾背後的分子機制，DNA製造RNA進而製造蛋白質是分子生物學中的一項基本原理，基因表達的過程會以多種方式被嚴格調控
  • 教學素材|動物的神奇再生能力
    [1]根據發育生物學的概念界定：再生是指生物體的器官因創傷而發生部分丟失，在剩餘部分的基礎上進行修復，又生長出與丟失部分在形態和功能上相同結構的過程，被認為是生物適應環境最重要的機制之一[2]。不同的物種，其再生能力也不同且差異很大。在無脊椎動物中再生能力比較強大的動物主要是水螅和渦蟲，它們幾乎全身可再生，其中水螅的再生實際上是出芽生殖方式的一種[3]。
  • Cell子刊：四川大學曹中煒團隊解析「循環微環境」調控衰老器官再生和纖維化
    組織的修復和再生對生物具有至關重要的作用。當組織在受到感染、機械損傷以及其他的刺激時，壞死的細胞或者入侵的微生物等會共同激活複雜的炎症反應。急性損傷時，傷口癒合反應通常會得到控制，炎症反應會迅速消退，並且正常組織結構也會恢復。
  • 【科學普及】植物再生過程中的器官從頭再生
    器官從頭再生代表著植物體可以再生為完整的個體，這種再生方式在農業和生物技術方面有著廣泛的應用。例如扦插技術屬於直接型的器官從頭發生，而組織培養技術則屬於間接型的通過激素誘導的根從頭發生。目前的研究發現，植物進行器官從頭再生的過程大概分為三個步驟，即激活初始細胞、獲得再生能力和重新建立分生組織。
  • Cell Regeneration徵集論文:模型生物中的器官再生
    Cell Regeneration徵集論文：模型生物中的器官再生 2020-06-03 03:13 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
  • 科學家解開渦蟲再生之謎 人體器官再生有望實現
    北京時間4月26日消息，據國外媒體報導，英國科學家宣布，他們已經發現了渦蟲的身體某些部位在被截掉後能夠再生的基因。 英國諾丁漢大學的科學家對渦蟲身體部位的再生能力進行了研究，這些部位包括頭部和大腦，有一天這項研究有可能會使老化或受損的人體器官和組織再生成為可能。
  • 植物幹細胞發育調控關鍵機制被山東農大科研人員揭示
    ，主要位於根尖和莖尖的分生組織以及形成層，在植物整個生命周期中保持其多能狀態，並控制著植物的生長和發育。為了進一步解析WUS介導的調控途徑及調控機理，張憲省團隊於2011年開始篩選與WUS相互作用的直接互作蛋白，利用當時最新的CO-IP結合蛋白質譜篩選互作蛋白的實驗技術，希望能夠鑑定出新的WUS相互作用因子及其介導的調控莖端幹細胞活性的遺傳途徑和分子機制。
  • PNAS | 清華大學黃善金課題組揭示花粉管頂端微絲聚合控制機制
    該研究綜合生物化學、遺傳學和活體成像技術揭示了腺苷酸環化酶相關蛋白1（adenylyl cyclase associated protein 1; CAP1）通過產生可聚合的單體肌動蛋白（G-actin）控制花粉管頂端從質膜上產生的微絲聚合。
  • 科學家成功繪製出腸道類器官再生的表型藍圖!
    2020年10月12日 訊 /生物谷BIOON/ --過去十年裡，科學家們共同見證了類器官研究領域的發展和繁榮，即在體外利用幹細胞培育的微型器官；這些類器官能夠展現親緣器官（比如大腦、腎臟、腸道或肺臟）的細胞類型組成和多種功能，而且其能完美地適用於實驗操作，這就使其能夠成為全球研究人員使用的一種無價的工具。
  • 徐訊/顧穎/劉光慧合作繪製蠑螈肢體再生的動態細胞及分子圖譜
    器官原位再生對於臨床醫學應用具有重大意義，是再生醫學研究亟待突破的重點。哺乳動物再生能力較弱，用於再生機制研究受諸多限制。墨西哥鈍口螈（Ambystoma mexicanum）的多個器官、組織都具有強大的再生能力，是理想的再生研究模式物種。
  • PNAS:巨噬細胞對肌肉組織再生具有重要作用
    歐洲分子生物學實驗室（EMBL）的科學家在原本令人失望的試驗結果得到了一項重要的發現。這項發現發表在本周Proceedings of the National Academy of Sciences的在線版本上。該結果為某一理論，即當肌肉受傷時，巨噬細胞在其再生過程中承擔了決定性的角色，提供了確鑿的證據。
  • PNAS:果皮中的天然小分子可用於治療多發性硬化症的髓鞘損傷
    >2020年4月6日，美國託馬斯傑斐遜大學的張光先和陝西師範大學張媛教授課題組在PNAS上合作發表題為A dual effect of ursolic acid to the treatment of multiple sclerosis through both immunomodulation and direct remyelination (https://doi.org/10.1073/pnas
  • Nature | 腸類器官發育中如何調控再生能力？
    ：單個細胞首先長成一個具有對稱性的囊腫形態，隨著Paneth細胞和其他吸收細胞的出現，這種對稱被打破，進而長成一個出芽型類器官。類器官的這個生長過程很好的概括和模擬了上皮再生和穩態建立的形成【3】。，開發了一種基於影像分析的篩選平臺，全面的展示了類器官生長過程中的表型變化及其相關功能信號通路，並提供了能夠提高損傷後再生能力的潛在靶點。
  • 吳東東課題組在非模式動物再生複雜性狀遺傳機制方面獲進展
    動物的再生能力一直是一個令人著迷且非常複雜的生物學過程。許多動物的再生能力特別是高等動物受到極大的限制，然而，有趣的是，在自然界中一些動物依然保留強大的再生能力，例如某些脊椎動物（斑馬魚、蠑螈、壁虎等）可以治癒創傷、再生丟失的器官或者附肢（例如：心臟、尾巴、晶狀體）；某些無脊椎動物（例如：渦蟲）甚至擁有更強的再生能力，可以從少量組織和細胞再生整個生命體，因此被廣泛用於幹細胞生物學和再生醫學研究。
  • 近期機體組織再生研究新成果!
    大多數人，包括我在內，都希望能找到負責腺體再生的罕見的幹細胞群，"MSK人類腫瘤和發病機制項目主席Charles Sawyers說道，他也是近日發表在《科學》(Science)雜誌上的這項研究的通訊作者。"但事實並非如此。"相反，他說，幾乎所有在激素剝奪治療後仍然存在的細胞都有助於前列腺的再生。這些細胞大部分是腔細胞，它們形成中空器官的內部。這些發現對醫生如何看待前列腺癌治療有一定的啟示作用。