許多生物具有非凡的能力，使它們與其他物種區(qū)別開(kāi)來(lái)。獵豹每小時(shí)最多可行駛60英里; 螞蟻可以舉起100倍的體重; 扁蟲(chóng)可以再生截肢的身體部位?？茖W(xué)家花費(fèi)數(shù)十年時(shí)間研究推動(dòng)這些卓越成就的機(jī)制，希望他們發(fā)現(xiàn)的任何秘密都可能導(dǎo)致人類(lèi)生物學(xué)的新觀點(diǎn)以及增強(qiáng)健康和改善疾病的新方法。

現(xiàn)在，Stowers研究所的研究人員已經(jīng)確定了一種關(guān)鍵分子，它可以指導(dǎo)扁平扁蟲(chóng)中的干細(xì)胞復(fù)制自己。這種名為EGFR-3的分子是一系列信號(hào)的一部分，這些信號(hào)似乎可以控制這些細(xì)胞在近乎致命的輻射水平下分裂和分化的方式。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)于2016年8月11日在線發(fā)育細(xì)胞期刊上發(fā)表，對(duì)于推進(jìn)再生醫(yī)學(xué)和開(kāi)發(fā)更有效的癌癥療法具有重要意義。

“這種信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)中的所有基因都是保守的，從平面直至人類(lèi)。在我們自己的細(xì)胞內(nèi)也可能發(fā)生類(lèi)似的過(guò)程，我們只是不知道它，”AlejandroSánchezAlvarado博士說(shuō)。斯托爾斯研究所的研究員和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究員，該研究的高級(jí)作者。“事實(shí)上，任何擾亂我們身體的東西 - 衰老，傷害，甚至是辛辣的一餐 - 都會(huì)影響我們的干細(xì)胞功能。如果我們更好地理解了渦蟲(chóng)如何調(diào)節(jié)干細(xì)胞的種群動(dòng)態(tài)，它可能提供一個(gè)解決我們自己的問(wèn)題的線索。病癥“。

渦蟲(chóng)因其再生特性而享譽(yù)全球。在中間分開(kāi)一個(gè)，兩個(gè)相同的生物將出現(xiàn)在它的位置。切割原始動(dòng)物大小的1/279的片段，它將再生完整的動(dòng)物。這種能力起源于一組特殊的成體干細(xì)胞，稱(chēng)為成神經(jīng)細(xì)胞，遍布這些淡水蠕蟲(chóng)的體內(nèi)。幾年前，研究人員通過(guò)對(duì)這些彈性生物施加近致命劑量的輻射來(lái)測(cè)試這些彈性生物的極限。他們發(fā)現(xiàn)即使只剩下一個(gè)成纖維細(xì)胞，也足以補(bǔ)充整個(gè)渦蟲(chóng)干細(xì)胞群。

在這項(xiàng)研究中，SánchezAlvarado想要確定形成這些戲劇性人口動(dòng)態(tài)的確切信號(hào)。他實(shí)驗(yàn)室的博士后科學(xué)家Kai Lei博士決定追蹤通常的嫌疑人 - 即EGF，F(xiàn)GF，胰島素，VEGF，TGF-β，Wnt /β-catenin，Hedgehog和Notch信號(hào)通路。 - 與干細(xì)胞有關(guān)，因此可能在這個(gè)過(guò)程中發(fā)揮作用。首先，Lei及其同事使用一種稱(chēng)為RNA干擾的先進(jìn)分子技術(shù)來(lái)沉默可疑信號(hào)通路中的不同基因。接下來(lái)，他給他們施加了一劑輻射，這種輻射可以殺死大部分但不是全部的常駐新生細(xì)胞。然后，他等著看每個(gè)沉默的基因是如何影響新生細(xì)胞恢復(fù)，重新繁殖和恢復(fù)受照射動(dòng)物的生存的能力的。

研究人員發(fā)現(xiàn)egfr-3基因是成神經(jīng)細(xì)胞再增殖所必需的。該基因編碼一種蛋白質(zhì)，該蛋白質(zhì)位于細(xì)胞表面并結(jié)合另一種蛋白質(zhì) - 稱(chēng)為表皮生長(zhǎng)因子 - 已知可刺激其他細(xì)胞類(lèi)型的生長(zhǎng)，增殖和分化。當(dāng)他們通過(guò)使用熒光染色來(lái)照亮新生細(xì)胞上的EGFR-3蛋白來(lái)證實(shí)他們的發(fā)現(xiàn)時(shí)，他們偶然發(fā)現(xiàn)了一些好奇的東西。正如研究人員所預(yù)料的那樣，蛋白質(zhì)位于細(xì)胞頂部，但不是隨機(jī)分布在整個(gè)表面上，而是在一側(cè)聚集在一起，就像一頭不規(guī)則的頭發(fā)。

EGFR-3的不均勻分布表明該蛋白可能參與稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)細(xì)胞分裂的現(xiàn)象，其與對(duì)稱(chēng)細(xì)胞分裂一起構(gòu)成了細(xì)胞自我復(fù)制的兩種方式。在不對(duì)稱(chēng)細(xì)胞分裂中，母細(xì)胞分為兩個(gè)具有不同命運(yùn)的子細(xì)胞 - 一個(gè)可能是成神經(jīng)細(xì)胞，另一個(gè)是肌細(xì)胞或感光細(xì)胞。在對(duì)稱(chēng)細(xì)胞分裂中，母細(xì)胞分成兩個(gè)共享所有相同屬性的子細(xì)胞。

“盡管長(zhǎng)期以來(lái)人們一直認(rèn)為不對(duì)稱(chēng)細(xì)胞分裂存在于渦蟲(chóng)中，但我們的研究提供了其存在的第一個(gè)直接分子證據(jù)，”雷說(shuō)。他表明，當(dāng)EGFR-3功能正常時(shí)，照射的新生細(xì)胞在一半時(shí)間內(nèi)被不對(duì)稱(chēng)細(xì)胞分裂，另一半時(shí)間由對(duì)稱(chēng)細(xì)胞分裂。但當(dāng)他沉默EGFR-3時(shí)，不對(duì)稱(chēng)細(xì)胞分裂受損。

研究人員認(rèn)為，這一特定途徑可能提供了一種質(zhì)量控制，以確保通過(guò)輻射或其他形式的損害對(duì)基因組造成的錯(cuò)誤不會(huì)傳播。事實(shí)上，當(dāng)他們進(jìn)一步向下看時(shí)，SánchezAlvarado和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)參與DNA修復(fù)的基因。

“不對(duì)稱(chēng)的細(xì)胞分裂可能是擺脫壞蘋(píng)果的一種方式。我們還沒(méi)有證據(jù)，但我們認(rèn)為這種信號(hào)傳導(dǎo)途徑有助于沿著攜帶缺陷的細(xì)胞進(jìn)行改組，給予它們不同的命運(yùn)，使它們不再制造更多的干細(xì)胞(新生細(xì)胞)。預(yù)測(cè)只有具有最佳DNA的細(xì)胞才能成為未來(lái)世代的模板 - 我們需要接下來(lái)進(jìn)行測(cè)試，“SánchezAlvarado說(shuō)。

其他貢獻(xiàn)者包括Hanh Thi-Kim Vu，博士，Sean A. McKinney，博士，Chris W. Seidel，博士，Richard Alexander，Kirsten Gotting和Jerry L. Workman，Ph.D。來(lái)自Stowers Institute，以及密蘇里大學(xué)堪薩斯城分校的Ryan D. Mohan博士。

這項(xiàng)工作由斯托爾斯醫(yī)學(xué)研究所，霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所和美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院國(guó)家普通醫(yī)學(xué)研究所(R37GM057260)資助。內(nèi)容完全由作者負(fù)責(zé)，并不一定代表NIH的官方觀點(diǎn)。

放置調(diào)查結(jié)果摘要

像魔術(shù)師一樣，被稱(chēng)為planaria的淡水扁蟲(chóng)可以在斬首中生存，甚至可以切成許多塊。但扁蟲(chóng)不需要依賴(lài)詭計(jì)。它從組織的微小殘余物中完全再生的顯著能力是由于成熟的成體干細(xì)胞群被稱(chēng)為新生細(xì)胞。在“ 發(fā)育細(xì)胞 ”雜志的一篇文章中，斯托爾斯研究所的科學(xué)家探索了塑造種群動(dòng)態(tài)的精確機(jī)制成神經(jīng)細(xì)胞。博士后研究助理Kai Lei博士和他的顧問(wèn)AlejandroSánchezAlvarado博士發(fā)現(xiàn)，一種名為EGFR-3的分子是新生細(xì)胞再生的必要條件，并可能控制這些細(xì)胞分裂和分化的方式。對(duì)其他致命劑量的輻射的反應(yīng)。該發(fā)現(xiàn)對(duì)于推進(jìn)再生醫(yī)學(xué)和開(kāi)發(fā)更有效的癌癥療法具有重要意義。