生物科普 Science发现控制全身再生过程的基因开关

观察自然经常会提出这样一个问题，那就是为什么壁虎能做到，为什么我们不能？有许多物种可以再生，也有许多物种不能再生。事实证明，如果你比较所有动物的基因组，你会发现我们的大多数基因实际上是相似的...

当谈到再生时，我们都想到一些动物惊人的再生能力，比如从蝾螈身上切下一条腿，它就能长回来。受到威胁时，壁虎会让自己的尾巴掉下来，分散注意力，然后再长大。即使是一些动物，如涡虫水母，被切成两块后也能再生它们的整个身体。

为什么这些动物似乎会永远存在？分子机制是什么？

麻省理工学院进化发育生物学家曼西·斯里瓦斯塔瓦的研究小组最近发现了大量调节全身再生基因的DNA开关。这一重要发现发表在3月15日的《科学》杂志上。

EGR，吉恩大师

他们使用了一种再生模型动物——三带黑豹蠕虫，发现一段未编码的DNA可以调节一种叫做早期生长反应的“主基因”(EGR)。一旦EGR被激活，它可以调节其他基因，开启或关闭许多生理过程。

斯利瓦斯塔瓦说，“观察自然经常会提出这样一个问题，那就是为什么壁虎能做到，为什么我们不能？有许多物种可以再生，也有许多物种不能再生。事实证明，如果你比较所有动物的基因组，你会发现我们的大多数基因实际上是相似的。因此，我们认为答案可能不是某些基因是否存在，而是它们是如何连接在一起的，也就是说，答案来自基因组的非编码部分。”

这篇文章的另一位作者安德鲁·盖尔克说:“为了让这个过程发挥作用，细胞中的DNA通常需要紧密折叠和压缩。”。“基因组中许多紧密排列的区域实际上变得更加开放，因为有调节开关来开启或关闭基因。因此，这篇文章的一个重要发现是，基因组实际上处于一种非常动态的状态，在再生过程中真正发生变化的是不同的区域。”

新一代再生研究模型动物

为了清楚地理解这个过程，盖尔克和斯利瓦斯塔瓦必须重组动物序列。这个过程并不简单。

“这也是本文的重要部分。我们公布了这个物种的基因组，这非常重要，因为这是这个门的第一个被测序的物种，”斯利瓦斯塔瓦说。

“以前对其他物种的研究帮助我们了解了很多关于再生的知识，”她说，“但我们选择它作为研究对象的原因之一是，这些动物处于非常重要的系统发育位置，它们与其他动物的关系可以帮助我们提出一些与进化相关的观点。”

“另一个原因是它们确实适合实验。几年前，在博士后阶段，我发现了这些来自百慕大的细菌，并把它们带回实验室。事实证明，它们比其他系统更适用于某些研究工具。”

最终，盖尔克确定了多达18000个变化区域，研究证明EGR就像一个再生电源开关——一旦打开，它就能刺激其他生理过程，没有这些过程就没有反应。

此外，研究人员还证明，其他物种，包括人类，也有主要控制基因EGR和其他下游开放或关闭基因。

为什么人类不能再生？

“但问题是:如果人类可以开启EGR，不仅可以开启它，还可以在细胞受损时开启它，那么为什么我们不能再生呢？”斯利瓦斯塔瓦说，“答案可能是，如果EGR是一个电源开关，我们认为人体的线路是不同的。人体细胞中EGR信号指令的方向不同于三带黑豹蠕虫。我们的研究已经找到了理解这种联系的方法，所以我们想找到这种联系，然后把它应用到其他动物身上，比如其他只能进行有限再生的脊椎动物。”

斯利瓦斯塔瓦和盖尔克说，我们希望了解整个基因组的动态，以及EGR和其他基因激活和再生的确切方式。此外，这些研究不仅强调理解基因组的价值，而且强调理解所有基因组、非编码和编码部分的重要性。

“我认为我们只是触及了表面，”盖尔克说。“我们已经研究了其中的一些开关，但是基因组如何在更广的范围内交流呢？不仅仅是如何开启和关闭片段基因，所有这些对开启和关闭基因都非常重要，所以我认为这种调控性质有很多层面。”