【不是科幻】Nature新发现将让人类受伤也能满血复活

2016-04-10 06:00 · 文姜

Duke大学4月6日在线发表在Nature上的文章发现被称为“组织再生增强元件”基因在斑马鱼中存在。这些基因可以打开损伤部位的基因,甚至被设计来改变动物的再生能力。


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祖先的再生能力

如果你往前追溯我们的进化树,远在鳃的脱落和发展出拇指之前,你能找到强大的再生身体丢失部分能力的共同祖先。

某些幸运的后裔,包括今天的蝾螈和斑马鱼,仍然可以执行此壮举。但人类经过数百万年的进化丢失了大部分的再生能力。

为了解进化中丢失了什么,研究人员已经建立了一个能使再生动物长回断尾或修复受损组织的基因列表。令人惊讶的是,他们发现对这些生物再生很重要的基因在人类中也存在。差异的关键不在于基因本身,而在于如何调控这些基因在损伤中激活。

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组织再生增强元件的发现

Duke大学4月6日在线发表在Nature上的文章发现,这些基因在斑马鱼中存在,被称为“组织再生增强元件”。斑马鱼是一种最受青睐的再生研究模型。这些基因可以打开损伤部位的基因,甚至被设计来改变动物的再生能力。

文章的资深作者Kenneth D. Poss教授说:“我们想知道再生如何发生,最终目标是帮助人们实现他们的全再生潜能。我们的研究指出有可能唤醒负责再生的基因。”

在过去的十年,研究人员已经确定了在像斑马鱼、果蝇和老鼠等生物体内的几十个再生基因。例如,称作Neuregulin 1的一个分子可以使心脏肌肉细胞增殖。还有被称为成纤维细胞生长因子可以促进切断鱼鳍的再生。然而Poss说调控元件如何让这些基因在受损组织中工作以保持再生能力,然后当再生完成时关闭它们的原理还没有被研究。


在图中绿色的信号在受伤的斑马鱼心脏和鳍中显示基因提高组织再生的活性

在这篇文章报道的研究中,Poss和他的同事这些重要的调控DNA是否存在。如何有的话,找出它们的位置。众所周知这种调控的小片段,称为增强子,在发育的胚胎中当基因开启时调控。但是此研究之前还不清楚这些元件是否驱动再生。

首先领导研究的作者Junsu Kang博士后,在斑马鱼鱼鳍和心脏再生中寻找强烈诱导的基因。他在鱼的截肢鳍或受伤的心脏中找到开启的一个基因leptin b。Kang筛选了围绕leptin b的150kb的序列,在距离基因7kb出筛选到一个增强子序列。

然后他把增强子截短到所需的最短序列。在这个过程中,Kang发现这个增强子可以分成两个不同的部分:一个在受伤的心脏激活基因,在它旁边的另一个激活受伤的鳍中的基因。他将这些序列与两个再生基因:成纤维细胞生长因子和Neuregulin 1融合,创造了鱼鳍和心脏受伤后有优良再生反应的转基因鱼。

最后,研究人员测试了这些“组织再生增强元件”在哺乳动物系统中是否有类似的作用。加州大学三藩分校的合作者Brian L. Black将“组织再生增强元件”和LacZ相连,在启动的任何地方都会变成蓝色。很明显的,他发现从斑马鱼基因组中借用的这些元件可以激活转基因小鼠受伤的爪子和心脏的基因表达。

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展望未来

Poss说:“我们只是在这项工作的开始阶段,但现在我们已经有了令人鼓舞进展,证实了这些元件拥有哺乳动物机械损伤后的必要序列。”他怀疑可能是有不同的“组织再生增强元件”:有些在所有组织中开启基因,有只在一个组织比如心脏中开启,那些在胚胎期发育中活化的在成年中激活再生。

最终,Poss认为,像这样的基因元件可以和基因组编辑技术结合提高哺乳动物甚至人类的修复和再生受损或丢失的身体部分。

Poss说:“我们希望找到更多这些类型的元件以至于我们可以了解什么开启了和最终控制再生的程序。有可能是非常强的增强子让基因远比其它表达得高,或者是激活基因在特定的受伤细胞类型中表达的元件。也许有一天,特异性的水平能使我们近乎于手术的精度改变一个弱的再生组织到很强大和完善。”