近日來自美國麻省理工（MIT）懷特黑德生物醫學研究所Peter Reddien實驗室的研究人員利用他們研發的一種新方法鑑別了渦蟲幹細胞中的潛在遺傳調控因子，揭示出了影響幹細胞兩項重要功能分化與自我更新能力的基因。有趣的是，研究人員發現其中有三個基因編碼的蛋白與已知在哺乳動物中參與調控胚胎幹細胞的蛋白極其相似。這些幹細胞生物學的新見解或將推動實現幹細胞在再生醫學中的應用。相關研究論文在線發表在3月2日的《細胞—幹細胞》（Cell Stem Cell）雜誌上。
MIT生物學副教授、霍華德•休斯醫學研究所青年科學家Reddien說：「這是一個巨大的進步，將渦蟲構建成為了可用於解析幹細胞調控因子作用的體內系統。在了解幹細胞生物學的宏偉計劃中，我認為這是探索所有動物利用的普遍生物學原理的開始。我們現在正在這一進程的起步階段。」
渦蟲是一種微小的淡水扁形蟲，能夠通過裂變進行繁殖。在將其一分為二後，渦蟲可利用一類稱為cNeoblasts的幹細胞再生缺失的組織和器官，最終在1周作用形成兩條完整的渦蟲。
與完全分化的肌肉、神經及皮膚細胞不同，某些幹細胞例如cNeoblasts和胚胎幹細胞具有多能性，能夠形成機體內幾乎所有的細胞類型。研究人員長期以來對利用這一能力再生人類損傷、患病或缺陷的組織充滿興趣。
當前存在有幾個問題阻礙了幹細胞的臨床應用，包括使幹細胞在適當的位置分化為理想的細胞類型，並將這樣的細胞成功地與周圍組織融合，且不引起腫瘤。為了解決這些問題，研究人員需要更好的了解幹細胞在分子水平，尤其在活生物體環境內的行為。然而迄今為止，大量的胚胎幹細胞研究還僅是在培養皿這種高度人為的環境中開展。
擁有強大的再生能力，及超過一半具有人類同源物的基因，渦蟲似乎是開展這一研究的合理選擇。然而直到現在，科學家們都無法高效地尋找調控渦蟲幹細胞系統的基因。
在這項新研究中，文章的第一作者、博士後研究人員Dan Wagner和Reddien設計了一種巧妙的方法鑑別了遺傳調控因子，確定了這些基因對於幹細胞的兩項主要功能：幹細胞群的分化和自我更新的影響。
在鑑別出cNeoblasts的活性基因後，Wagne讓渦蟲接受了輻射處理，使得每個渦蟲僅存一個cNeoblast。研究人員發現每個cNeoblast以非常特異的分化和自我更新速率形成了新細胞克隆。
研究人員隨後通過在每個渦蟲中基因敲除一種活性基因的方法，觀察了存活cNeoblasts的響應。通過與正常的cNeoblasts比較分化和幹細胞自我更新速率，研究人員確定了每個基因的功能。如果敲除某種基因導致了克隆幹細胞數量較少，則表明這一基因在幹細胞自我更新過程中發揮作用。如果敲除某一基因導致分化細胞數量較少，則表明其與分化相關。
Wagner 說：「因為這是一種定量的方法，我們現在能夠精確確定每種基因在幹細胞功能不同方面的作用。相比於從前的方法，新方法能夠更直接的用克隆來衡量幹細胞的活性。」
通過這一方法，Wagner鑑別出了10個影響cNeoblast自我更新的基因，發現了2個在自我更新和分化中均發揮作用的基因。據Wagner所說，其中有3個幹細胞自我更新基因特別有趣，因為它們編碼的蛋白質與一種已知在哺乳動物胚胎幹細胞和其他幹細胞系統中調控幹細胞生物學的重要因子多梳抑制複合體2（PRC2）的元件非常相似。
「這非常的有趣，因為它表明了渦蟲和哺乳動物中的幹細胞作用機制存在著類似性。這表明有可能渦蟲的cNeoblasts和哺乳動物幹細胞在功能，以及在分子水平上維持乾性（stemness）上也具有相似性，」Wagner說。（來源：生物通 何嬙）
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