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PNAS:心脏能够再生吗?答案是“YES”

2017/07/01 来源:生物探索
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导读
近期,《PNAS》期刊发表一篇题为“Antagonistic BMP–cWNT signaling in the cnidarian Nematostella vectensis reveals insight into the evolution of mesoderm”的文章,揭示了一个奇妙的发现:来自于佛罗里达大学的研究团队在一种没有心脏组织的海洋动物——海葵(Starlet sea anemone)中发现了形成人类及其他动物心脏细胞的基因。


研究团队对一种小海葵(Starlet sea anemone)进行基因检测(图片来源:Whitney Lab for Marine Bioscience)

近期,《PNAS》期刊发表一篇题为“Antagonistic BMP–cWNT signaling in the cnidarian Nematostella vectensis reveals insight into the evolution of mesoderm”的文章,揭示了一个奇妙的发现:来自于佛罗里达大学的研究团队在一种没有心脏组织的海洋动物——海葵(Starlet sea anemone)的肠道细胞中发现了形成人类及其他动物心脏细胞的基因。

要知道,海葵是一种构造非常简单的食肉动物,没有骨骼、没有大脑,是海洋中寿命最长的动物。它神奇的地方在于,即便被切割成多个片段,每一片依然能够发育成新的个体。

为什么海葵拥有如此强大的再生能力而人类心脏却不能呢?Mark Martindale带领团队分析了海葵的“心脏基因”,发现这些基因互作时存在差异。研究人员推测正是因为这个特别的差异,海葵才拥有超级厉害的再生能力。

原肠胚(gastrulation)是后生动物进化出多样性的关键,它允许动物胚胎形成不同的胚层和特定的分化。在胚胎发育过程中,β-连环蛋白/Tcf和TGF-β骨形态形成蛋白(BMP)负责为两侧对称动物的胚层发育提供关键的信号。但是,对于海葵(后生动物早期分支),研究人员发现,这一关键信号在其原肠胚形成时期提供不同的调控指标。

对于脊椎动物而言,这些心脏基因存在“锁定环”(lockdown loops)效应,一旦这些基因表达,它们会告诉彼此一生都维持表达后的状态。这意味着,基因中带有锁定环的动物无法再生出新的心脏组织或者已有的心脏细胞不能发挥其他功能。“这一特性能够确保心脏细胞始终保持心脏细胞的性能。” Martindale 表示道。

但是,在海葵的胚胎中,锁定环并不存在。这一发现揭示一种机制:为什么海葵表达心脏基因的肠道细胞可以生成其他类型的细胞,例如再生修复受损的身体。

这一研究支持一种观点:大多数动物的肌肉细胞来源于具有吸收和收缩双重功能的肠道组织(吸收和收缩)。虽然海葵肠道组织看起来并不像一颗跳动的心脏,但是它具备一个缓慢、有节奏的收缩性能,类似于人类的消化系统。

研究人员推测,首个动物肌肉细胞可能相当类似于心脏。“这些心脏基因存在了很长的时间,早于肌肉细胞的出现。” Martindale表示。“如果我们能够深入解析这些基因,未来我们或许能够诱导肌肉细胞再生出多种细胞,包括心脏组织,那么人类心脏再生有望成为可能。”

参考资料:

Could humans ever regenerate a heart? A new study suggests the answer is 'yes'

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