這隻傻白甜的派大星，是海星這一物種留給我們童年的記憶。我們對該物種的另一項認知，就是它的再生能力。
若把海星撕成幾塊拋入海中，每一碎塊會很快重新長出失去的部分，從而長成幾個完整的新海星來。海星的腕、體盤受損或自切後，都能夠自然再生。
海星的任何一個部位都可以重新生成一個新的海星。由於海星有如此驚人的再生本領，所以斷臂缺肢對它來說是件無所謂的小事。
海星的組織可以再生，那麼人類的組織呢？
組織再生是一個進化守恆的過程，浸潤的炎症細胞和局部組織細胞之間必須進行精心協調才能實現體內平衡和功能恢復。
人類的細胞會不會再生仍屬未知領域。但近日亥姆霍茲協會馬克斯·德爾布呂克分子醫學中心新發現：肌肉纖維僅由一個細胞組成，但有許多細胞核組成。
卡門·伯奇邁爾教授（Carmen Birchmeier）領導的MDC團隊現在展示了這些核的多樣性。這項研究已經發表在《自然通訊》上，可以幫助我們更好地了解肌肉疾病，例如杜氏肌營養不良症。
肌纖維類似於整個組織
通常，每個細胞只有一個核。但是我們骨骼肌的細胞是不同的：這些長的纖維細胞具有相對較大的細胞質，其中包含數百個細胞核。但是到目前為止，我們對單個肌肉纖維的核在基因活性方面的差異程度以及對肌肉功能的影響知之甚少。
亥姆霍茲協會（MDC）麥克斯·德爾布呂克分子醫學中心發育生物學/信號轉導研究小組負責人卡門·伯奇邁爾教授領導的一個研究小組現在已經揭示了這些肌肉細胞核中所包含的一些秘密。正如研究人員在《自然通訊》雜誌上報導的那樣，研究小組使用了一種十分新穎的技術，即單核RNA測序。在研究了細胞核基因表達的過程中，他們遇到了意想不到的多種遺傳活性。
「由於細胞核的異質性，單個肌肉細胞幾乎可以像組織一樣起作用，它由多種非常不同的細胞類型組成，」 Birchmeier團隊的博士後研究員Minchul Kim博士解釋說，他是兩位科學家中的一位該研究的作者。「這使細胞能夠完成其眾多任務，例如與神經元交流或產生某些特定功能的肌肉蛋白。」
Kim承擔了這項研究中的大部分實驗工作，他的數據也在MDC進行了評估。MDC柏林醫學系統生物學研究所（BIMSB）的生物信息學和Omics數據科學平臺負責人Altuna Akalin博士以及Akalin團隊及該研究的聯合研究人員的博士後Vedran Franke博士對生物信息學進行了分析。Birchmeier強調說：「只有基於實驗的團隊和基於理論的團隊之間不斷的交流，我們才能夠得出我們的結果，這為研究肌肉疾病提供了重要的見解。」 用分子生物學的技術（例如單細胞測序）產生了大量數據。
囊泡中的microRNA通過調節DMD發病機制中的各個方面而帶來治療作用
受傷的肌肉含有
激活的促生長基因
研究人員開始研究小鼠普通肌纖維中數千個核的基因表達，及損傷後正在再生的肌纖維基因表達。研究小組對細胞核進行了遺傳標記，並將其與細胞分離。Birchmeier說：「我們想找出在靜止和成長中的肌肉之間是否能觀察到基因活性的差異。」
他們確實發現了這種差異。例如，研究人員觀察到再生的肌肉中含有更多的激活基因，這些基因負責觸發肌肉的生長。「然而，真正令我們驚訝的是，在兩種肌肉纖維類型中，我們都發現了種類繁多的不同類型的細胞核，每種核都有不同的基因活性模式，」 Birchmeier解釋說。
未知細胞核仍待明確
在研究之前，已經知道與其他核相比，位於神經元神經支配位點附近的核中有不同的基因活性。「但是，我們現在已經發現了許多新型的特殊核，它們都具有非常特定的基因表達模式，」金說。這些核中的一些位於靠近肌纖維的其他細胞附近的簇中：例如，肌腱或肌膜的細胞-圍繞一束肌纖維的結締組織鞘。
「具有其他功能的核似乎控制著局部代謝或蛋白合成，並分布在整個肌纖維中，」Kim解釋說。但是，目前尚不清楚細胞核中的活性基因究竟能做什麼：「我們在肌肉纖維中發現了以前未知的一小群細胞核中的數百個基因，這些基因似乎被激活了，」 Birchmeier報告。
肌肉營養不良似乎導致
更多細胞核類型丟失
在下一步中，研究小組研究了患有杜氏肌營養不良症的小鼠的肌纖維核。這種疾病是人類遺傳性肌營養不良（肌肉萎縮）的最常見形式。它是由X染色體上的突變引起的，這就是為什麼這種疾病有性別選擇的原因。患有這種疾病的患者缺乏抗肌萎縮蛋白，這種蛋白可以穩定肌肉纖維。缺乏這種蛋白則導致細胞逐漸死亡。
「在這種小鼠模型中，我們觀察到肌肉纖維中許多類型的細胞核丟失了，」 Birchmeier報告。正如小組先前所觀察到的那樣，其他類型的組織已不再組成集群，而是散布在整個細胞中。她回憶說：「當我第一次看到它時，我簡直不敢相信。」 「在我們進一步調查發現之前，我要求我的團隊立即重複單核測序。」 但是結果保持不變。
Birchmeier總結說：「通過我們的研究，我們提出了一種有效的方法來研究肌肉的病理機制並測試新療法的成功性。」 由於在其他多種疾病（例如糖尿病和與年齡或癌症相關的肌肉萎縮）中也觀察到了肌肉衰竭，因此該方法也可以用於更好地研究這些變化。「我們已經計劃對其他疾病模型進行進一步的研究，」Kim證實到。
這項研究給肌肉疾病的患者和家屬帶來了希望的曙光，使我們離治療方法更近了一步，似乎可以幫助患者儘可能長時間地保持肌肉力量並維持較好的生活質量。
內容來源
亥姆霍茲協會麥克斯•德布呂克分子醫學中心
參考文獻
1. Minchul Kim, Vedran Franke, Bettina Brandt, Elijah D. Lowenstein, Verena Schöwel, Simone Spuler, Altuna Akalin, Carmen Birchmeier. Single-nucleus transcriptomics reveals functional compartmentalization in syncytial skeletal muscle cells. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-20064-9
整理/HunTerC
編輯/芷葳
排版/正慕
圖片來源/網絡（侵刪）