再生是動(dòng)植物體內(nèi)替換或恢復(fù)受損或缺失的細(xì)胞、組織、器官甚至整個(gè)身體部位以實(shí)現(xiàn)其全部功能的自然過程。動(dòng)物成體再生程序包括炎癥反應(yīng)、傷口修復(fù)、細(xì)胞增殖和缺失結(jié)構(gòu)的替代。盡管再生在一些動(dòng)物中常見，但在某些脊椎動(dòng)物中再生卻受到較多限制或者根本不可能。在再生能力有限的脊椎動(dòng)物（如哺乳動(dòng)物）中，傷口修復(fù)通常以纖維化疤痕的形成而告終，隨后不再再生。在再生能力較強(qiáng)的動(dòng)物中，傷口修復(fù)和再生聯(lián)系一起，但這兩個(gè)過程之間的分子關(guān)系尚不清楚。成體干細(xì)胞在再生中的作用僅在少數(shù)模式動(dòng)物中進(jìn)行研究，其中突出的是渦蟲、蠑螈和硬骨魚。中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所研究員馬莉團(tuán)隊(duì)與美國馬里蘭大學(xué)教授Jeffery團(tuán)隊(duì)，將此類研究擴(kuò)展到非傳統(tǒng)的研究模型即被囊動(dòng)物亞門的玻璃海鞘（Ciona intestinalis）。海鞘已存活5.4億年，是進(jìn)化程度最高的無脊椎動(dòng)物。海鞘作為探究胚胎發(fā)育基本原理的模型具有悠久的歷史，被認(rèn)為是脊椎動(dòng)物的脊索動(dòng)物姐妹群。海鞘具有很強(qiáng)的再生能力，作為最接近脊椎動(dòng)物的無脊椎動(dòng)物，在進(jìn)化研究中占據(jù)重要位置。因此，海鞘為探索干細(xì)胞對(duì)再生的貢獻(xiàn)以及脊索動(dòng)物門內(nèi)再生能力的進(jìn)化提供了比較學(xué)的研究方法。?
海鞘的再生涉及位于咽部鰓囊脈管系統(tǒng)中的成體干細(xì)胞的增殖以及祖細(xì)胞向遠(yuǎn)端損傷部位的遷移。將海鞘身體一分為二后，再生發(fā)生在近端片段而不發(fā)生在遠(yuǎn)端（即使遠(yuǎn)端包括鰓囊的一部分干細(xì)胞）。研究利用在再生的近端身體片段中獲得的鰓囊轉(zhuǎn)錄組信息，探討了這種單向再生的分子基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)錄組中上調(diào)最明顯的基因是編碼伴侶蛋白的hsp70以及編碼伴侶蛋白相關(guān)蛋白的dnaJb4和bag3，在鰓囊脈管系統(tǒng)中表達(dá)，而鰓囊脈管系統(tǒng)之前已被鑒定為干細(xì)胞和祖細(xì)胞。siRNA介導(dǎo)的基因敲除顯示，在再生過程中，hsp70和dnaJb4是祖細(xì)胞在損傷部位聚集所必需的，且熱休克可以誘導(dǎo)含有部分鰓囊組織的身體遠(yuǎn)端片段的完全再生，表明再生依賴壓力反應(yīng)的激活。壓力反應(yīng)是由遠(yuǎn)端損傷后鰓囊脈管系統(tǒng)中hsp70、dnajB4和bag3的上調(diào)決定的，對(duì)于再生至關(guān)重要。遠(yuǎn)端片段中通常不存在壓力反應(yīng)，但熱休克可以誘導(dǎo)壓力反應(yīng)，從而激活鰓囊脈管系統(tǒng)中的細(xì)胞分裂并促進(jìn)再生。研究表明，熱休克可誘導(dǎo)鰓囊脈管中的細(xì)胞增殖和海鞘遠(yuǎn)端組織的完全再生。該研究證明了壓力反應(yīng)對(duì)于基底脊索動(dòng)物干細(xì)胞激活和再生的重要性，對(duì)于剖析其他動(dòng)物（包括脊椎動(dòng)物）有限的再生能力具有一定意義。? ??? ??
近日，相關(guān)研究成果以Differentially expressed chaperone genes reveal a stress response required for unidirectional regeneration in the basal chordate?Ciona為題，發(fā)表在《BMC生物學(xué)》（BMC Biology）上。該研究歷時(shí)五年，由Jeffery和馬莉共同策劃并完成實(shí)驗(yàn)樣本制備，由美國芝加哥大學(xué)伍茲霍爾海洋生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室和法國羅斯科夫生物站完成樣本的采集和實(shí)驗(yàn)，由昆明動(dòng)物所博士研究生李博和特別研究助理李連偉完成生物信息學(xué)分析，由Jeffery完成功能實(shí)驗(yàn)。?
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