研究人员确定了涡虫再生的关键新分子机制

涡虫是淡水扁虫，已成为研究再生和干细胞的关键模型，因为它们可以再生身体的任何部位，甚至是头部。但是动物如何知道它身体的哪个部分缺失以及它需要再生什么样的组织呢?

巴塞罗那大学遗传学、微生物学和统计学系和UB生物医学研究所(IBUB)的研究人员研究了这些动物的再生过程，并确定了细胞间信号通路Wnt的调节如何修饰染色质，细胞在细胞核中拥有的一组遗传物质。截肢后几个小时，这种机制让伤口干细胞知道新组织的命运。

这项发表在《自然通讯》杂志上的研究涉及来自安达卢西亚发育生物学中心(CABD)、塞维利亚的PablodeOlavide大学和东安格利亚大学(英格兰诺维奇)的研究人员。

基因组研究

涡虫令人难以置信的可塑性是由于存在大量多能成体干细胞，即新生细胞，它们能够在生物体中繁殖任何类型的细胞。截肢后，当新组织必须再生时，有一个时间窗口，在这个时间窗口中，这些多能细胞一切皆有可能，并且根据细胞在切割发生的地方接收到的信号，这些细胞的目的地细胞决定。

此过程的第一步是指定身体轴，例如定义头部和尾部位置的前后轴。

为了了解这种现象是如何发生的，研究人员对头部和尾部截肢后发生的伤口附近的细胞进行了基因组研究。使用ATAC-seq和Chip-seq技术，研究人员能够分析在给定时间(在本例中为截肢后12小时)这些组织中可访问或不可访问的基因组区域。

“只有开放区域才能接触负责基因表达的转录因子。因此，这些研究使我们能够知道切割后12小时伤口细胞中哪组基因被激活，以及它们是否与前和涡虫的后部，”生物学院讲师兼​​研究协调员TeresaAdell说。

抑制或激活Wnt通路以再生头部或尾部

结果显示，截肢后十二小时，染色质——细胞核内遗传物质的集合——根据伤口附近的细胞是否检测到它们需要再生头部或尾巴来改变构象。此外，他们表明，调节细胞基因表达的染色质组成的变化取决于细胞信号通路——Wnt通路——是否被激活。

“如果需要头部，Wnt通路就会被抑制;如果需要尾部，它就会被激活。此外，这种染色质组成的变化发生在切割后十二小时;新组织尚未形成，但细胞已经知道什么当然要遵循，”研究人员指出。

与其他生物的相同点和不同点

了解涡虫的这种再生对于了解其他生物体的这一过程很重要，因为允许器官和组织正确再生的分子机制在进化上是保守的，即它们在所有动物中都非常相似。从这个意义上说，之前的研究已经表明，Wnt通路的调节负责在胚胎发育过程中以及成年动物的再生过程中指定许多生物体(包括哺乳动物)的前后轴。

“我们的研究揭示了涡虫以及其他动物的机制：Wnt通路指定表达哪些基因，因此指定细胞目的地，因为它们从再生的第一刻起调节染色质构象，”指出特蕾莎·阿德尔。

此外，该研究的结果还突出了与其他动物的差异。“我们的研究证实了这样一种观点，即像涡虫这样的塑料生物体具有高度活跃的细胞间信号通路，就好像它们是胚胎一样，这意味着环境的任何变化都可以改变细胞的命运。这与哺乳动物不同，例如，在哺乳动物中，细胞可塑性受到更多限制，”研究人员说。

细胞重编程的风险

就人类以及这项基础研究可能对未来生物医学产生的影响而言，研究人员强调其影响“不是直接的，而是概念性的”：“在这项研究中，我们表明再生能力与细胞的再生能力有关重新编程以改变他们的命运。因此，提高人类再生能力的一种策略可能是激发细胞重新编程，”TeresaAdell说。

无论如何，研究人员对这种策略持谨慎态度，并警告说它可能会产生不良影响，例如肿瘤转化。“在确实能再生的动物模型中，已经表明必须激活才能再生的信号，例如Wnt通路，也是那些在错误激活时促进肿瘤过程的信号。通常情况下，没有什么是绝对好或坏，这取决于我们所处的环境，”她总结道。

研究期间进行的基因组分析的所有结果都已整合到PlanExp开放获取平台中，目的是共享信息并促进科学界的数据分析。