学术经纬 10-23
它花了2.5亿年才弄到这条尾巴,果然还是人类靠得住
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▎药明康德内容团队编辑

说到断尾再生,大家首先一定想到的是壁虎。

而许多蜥蜴科的物种也同样具备断尾的能力。断尾是蜥蜴用于逃脱捕猎者的障眼法,可以说是用牺牲尾巴的代价换取逃生时间。尽管它们通常能长出新的尾巴,但这个尾巴并不完美,它并没有原本的脊髓和神经,就是一个简单的软骨结构

怎样才能让断尾蜥蜴拥有一条完美的尾巴呢?

尽管蜥蜴可以断尾再生,但总是没有原装的完美(图片来源:参考资料 [ 1 ] ,CC BY, credit:USC/Lozito Lab)

实际上,原始尾巴在生长过程中接收了非常丰富的信号,但背腹侧的区域信号则完全不同。受到不同影响的神经干细胞会促进尾巴往不同的组织分化,形成特有的背腹侧模式,即背侧有神经,腹侧有软骨

" 蜥蜴已经存在了 2.5 亿年以上,但在这漫长的岁月里,它们都没有长出具备背腹模式的尾巴," 研究的主要作者 Thomas Lozito 博士表示。

根据《自然 - 通讯》的新研究,尽管成年断尾再生时神经干细胞仍然参与了这一过程,但它涉及的分子信号已经和胚胎时期不一样了,这些信号只会促进软骨生产,却阻止了神经形成

这样看来,把胚胎的神经干细胞移植到断尾处不就能长出完整的尾巴了吗?研究者的测试结果显示,移植过去的细胞其实的确能具有形成背侧结构的能力。但是今时不同往日,断尾处的信号已经与胚胎时期不同,这些移植细胞很快就会受到腹侧信号的影响,逐渐被同化,结果背侧的结构还是长不出来

直接移植神经干细胞并没有用,它们很快会受到腹侧信号的影响(图片来源:参考资料 [ 2 ] )

看来想要解决这个问题,还得先改变细胞的信号问题。Lozito 博士发现,软骨生成的时候,周围的细胞都是通过 sonic hedgehog(Shh)信号通路来发挥作用的。于是,在后续的尝试中,他和同事将胚胎神经干细胞中 Shh 信号通路的关键基因敲除了。

这一次移植回断尾处的神经干细胞不一样了,不再受到软骨信号影响的细胞开始发挥原本具有的背侧分化能力,开始将神经结构带回了新生的尾巴中

一条完全再生的尾巴,它具有和原始尾巴一样的背腹模式(图片来源:参考资料 [ 2 ] ,Credit:USC/Lozito Lab

失去了 Shh 信号通路的关键蛋白,即使研究者设法上调 Shh 通路的信号也阻挡不了移植细胞往神经分化。一条真正尾巴的生成之路再无阻拦。

在实验中,研究者利用这种方式让蜥蜴长出了具有背腹模式的完美尾巴。但研究的现实应用可能不仅仅只是尾巴。" 这项研究向我们展示了如何重现组织的再生潜力,"Lozito 博士表示," 或许我们能通过蜥蜴来研究人类的伤口和组织再生问题,这对于解决难治创伤问题或许有重要的医学意义。"

参考资料:

[ 1 ] Aided by stem cells, a lizardregenerates a perfect tail for first time in more than 250 million years. Retrieved Oct 15, 2021 from https://www.eurekalert.org/news-releases/931558

[ 2 ] Lozito, T.P., Londono, R., Sun, A.X. etal. Introducing dorsoventral patterning in adult regenerating lizard tails withgene-edited embryonic neural stem cells. Nat Commun 12, 6010 ( 2021 ) . https://doi.org/10.1038/s41467-021-26321-9

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