科学家如何研究控制人体完全再生的基因


当涉及到再生时,一些动物能够使人惊奇。 如果切断the的爪子,它将再次长出。 壁虎感到有威胁时,将它们的尾巴放开以分散捕食者的注意力,然后再次使它们长大。
在其他动物中,再生过程甚至进一步进行。 扁平藻,水母和海葵可以切成碎片来修复自己的身体。
哈佛大学进化生物学系教授曼西·斯里瓦斯塔瓦(Mansi Srivastava)领导的一组科学家阐明了动物的行为方式,并研究了一系列DNA开关,这些开关似乎控制着基因的作用,从而实现了人体的完全再生。

他们利用在其实验室工作的博士后Hofstenia miamia ,Srivastava和Andrew Gerke的肠道小脑,发现了一块非编码DNA,可以控制早期生长反应(EGR)主基因的激活。 EGR处于活跃状态,控制着许多过程,“打开”和“关闭”其他基因。

盖尔克说:“我们发现,这个主基因激活了再生过程中'打开'的基因。” 事实证明,DNA的非编码区“命令”编码区打开或关闭,因此,将它们称为“开关”是正确的。

为了使该过程起作用,通常紧凑且紧密折叠的霍夫斯通尼亚小肠细胞中的DNA必须改变其结构,从而使新位点可用于激活。

根据Gercke的说法,由于存在打开或关闭基因的调节开关,因此基因组中许多紧密堆积的部分在物理上更加开放。 如该出版物所述,基因组非常活跃,并且在再生过程中会发生变化,因为其不同部分会打开和关闭。

为了了解霍夫斯通尼亚(Hofstenia)迈阿密基因组的动态性质,Gerka和Srivastava必须先对其进行测序,这本身并不容易。
Srivastava说:“工作的很大一部分致力于这一点。” -我们已经解码了该物种的基因组,这很重要,因为它是这种生物体解码的第一个基因组。 到目前为止,还没有完整的基因组序列。”


她还指出, Hofstenia miamia的肠道Turbellaria是研究再生的新模型。

Srivastava说:“以前涉及其他物种的工作帮助我们学习了很多有关再生的知识,但有理由与这些新生物一起工作。” 其中之一是霍夫斯通尼亚菌(Hofstenia miamia)占有重要的系统发育位置。 它们与其他动物的联系方式使科学家可以就进化论做出一系列陈述。 斯里瓦斯塔瓦说,人们对霍夫斯泰尼亚迈阿密热潮感兴趣的第二个原因是它们非常适合实验用老鼠。 “几年前,我在百慕大进行的博士后研究中收集了它们,并且自从将它们带入实验室以来,事实证明它们比其他生物更适合工作。”

通过与Hofstenia miamia的合作 ,科学家能够证明基因组在再生过程中的动态性质-Gerka能够检测到18,000个经历了变化的基因组区域。 根据Srivastav的说法,他们在这项工作中取得了真正重要的成果。 她表明EGR充当了再生的“开关”-当它“打开”时,其他过程就开始了,但是没有它就什么也没有发生。

“我们能够降低该基因的活性,发现如果没有EGR,什么也不会发生。 动物根本无法再生。 所有下游基因都没有打开,因此,其他“开关”不起作用,从形象上讲,整个房子都陷入了黑暗。”

通过发现有关该进程如何在蠕虫中工作的新数据,工作还有助于理解为什么它在人类中不起作用。 Gercke说:“似乎打开和关闭EGR主基因和下游基因也存在于其他物种中,包括人类。”

“我们有理由将这个基因命名为Hofstenia miamia -EGR。 Srivastava说,当您查看其序列时,它看起来与先前在人类和其他动物中研究过的基因相同。 “如果将人类细胞放在培养皿中并对其施加压力,无论是机械的还是有毒的,它们都会开始表达EGR。”

根据Srivastav的观点,问题是:“如果我们人类能够“打开” EGR,而不仅仅是“打开”,而“打开”正是在细胞受损时,为什么我们不再生呢? 一个可能的答案:如果EGR是一种“开关”,那么“接线”可能是另一回事。 在人细胞中EGR与人细胞的结合可能与霍夫斯通氏菌迈阿密中与EGR的结合不同。 多亏了安德鲁·格克(Andrew Gercke)的努力,才发现了一种实现这种“接线”的方法。 科学家们想找出这些联系是什么,然后将它们应用于其他动物,包括再生有限的脊椎动物。

将来,Srivastava和Gerke希望找出再生过程中激活的遗传“开关”是否与生长发育过程中起作用的相同。 科学家们还计划继续开展工作,以更好地了解基因组的动态性质。



Srivastava说:“现在我们知道这些“开关”对于再生是必需的,我们将研究开发过程中涉及哪些“开关”,以及它们是否相同。 “这些是在开发过程中起作用的相同机制还是其他机制?”

该小组还致力于了解EGR和其他基因激活霍夫斯通尼亚小米和其他物种的再生过程的确切方法。 根据科学家的说法,这项研究不仅对于理解该特定位点,而且对于理解整个基因组整体(包括DNA的非编码部分和编码部分)都非常重要。
“只有2%的基因组是由蛋白质组成的,”盖尔克说。 -我们想知道在人体完全再生过程中其他98%的基因组在做什么吗? 众所周知,正是在非编码DNA领域发生了许多变化,引发了疾病……但是人们却低估了非编码DNA在诸如完全再生之类的过程中的重要性。”
“我认为这只是冰山一角。 我们研究了一些“开关”,但是还有其他问题,关于基因组如何在更大范围内表现,不仅是其片段“打开”和“关闭”的方式。 在“打开”和“关闭”基因的过程中,所有这些都很重要,我相信这里有多个级别的调节。”

“当您观察自然世界时,自然会产生一个问题:如果壁虎能够做到这一点,我为什么不能呢? -Srivastava说。 -有许多物种可以再生,而其他一些则不能,但是如果我们比较所有动物的基因组-我们拥有的大多数基因都在霍夫斯泰尼亚迈阿密 。 我们相信,这个问题的可能答案与我们是否找到了特定基因无关,而与它们之间的相互关系如何,只有通过解密基因组才能得到答案。”

SENS志愿者Irina Abramidze翻译

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN447996/


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