首度证实:动物的“再生记忆”可被改写

科学
首度证实:动物的“再生记忆”可被改写
麻省理工科技评论 2019-12-01

2019-12-01

在大自然中,不少生物具备强大的组织再生能力
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在大自然中,不少生物具备强大的组织再生能力

在大自然中,不少生物具备强大的组织再生能力,例如蝾螈和斑马鱼。但一般认知是,这些动物再生的组织会和原来的组织保持原样。

近日,来自中国台湾一组研究团队的最新成果指出:经由调控特定基因的活性,可以改写动物的“再生记忆”,进而再生出不一样的组织。

这也是科学家首次证实再生记忆可以被改写,研究已于 11 月 27 日发表在 Current Biology ,题为《Genetic reprogramming of positional memory in a regenerating appendage》。

人类对再生医学的研究可以追溯到 18 世纪初,当时法国著名科学家Rene ́-Antoine Re ́aumur 率先发现昆虫与甲壳动物的肢体再生现象。随后,瑞士科学家Abraham Trembley在实验环境下,诱导了珊瑚虫头和脚的再生。同一时期,意大利科学家Lazzaro Spallanzani率先发现,某些脊椎动物比如蝾螈,可以再生四肢和尾巴等复杂组织,且再生能力受损伤程度与环境因素影响。近些年来,现代再生医学寄希望于干细胞或前体细胞移植,然而临床上,部分组织移植排斥严重。随着遗传手段的发展,科学家们通过美西螈与斑马鱼的转基因个体,研究再生组织的再生源头。而此次成果有望进一步推动“再生医学”的发展。

在这项研究中,当“再生记忆”受到影响后,斑马鱼再生的新尾鳍可以出现不同的大小和形状。 

首度证实:动物的“再生记忆”可被改写

(来源:论文)

据中国台湾“中央研究院”官网报道,“中央研究院”细胞与个体生物学研究所研究人员陈振辉带领研究团队通过规模随机基因突变的方法,发现“再生记忆”受到影响的斑马鱼。接着经由高分辨率的基因定位分析和遗传学的互补测试,找到再生记忆受损的斑马鱼其突变点所在的位置。此突变点位在一个特定的基因“DNA聚合酶阿尔法次单元2(DNA polymerase alpha subunit 2,pola2)”。此基因的活性对细胞遗传物质的复制分裂有直接的影响。

实验发现,通过调控 pola2 的活性,可以有效改写再生记忆,成年斑马鱼在受伤后,再生出缩小版的尾鳍或是鱼鳞,且被改写后的再生记忆可以长期稳定存在,控制往后受伤后新生组织的大小与形状。

然后,他们进一步发现类似的机制也会影响头索动物文昌鱼和环节动物水蚯蚓的再生反应,在受伤后会长出缩小版的尾巴和头部体节。因此,相关的细胞及分子调控机制,可能同时控制着脊椎动物和无脊椎动物的再生记忆。这项研究成果不仅发现可以影响再生记忆的关键基因、探讨了再生记忆储存的位置、更提出再生记忆提取的新模型。也因此,过去基于“再生记忆不可能被改写”所提出的模型和假说需要重新探讨或修正。

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