Science發現控制全身再生過程的基因開關

觀察自然界經常會提出這樣一個問題，那就是為什麼壁虎能做到，為什麼我們不能？有許多物種可以再生，也有許多物種不能再生，事實證明，如果你比較所有動物的基因組，就會發現我們大多數的基因其實都差不多……

three-banded panther worms

當談到再生時，我們都會想到一些動物令人驚訝的再生能力，比如從蠑螈身上割下腿，它還能重新長出來。當受到威脅時，壁虎會讓它們的尾巴斷落，分散注意力，以後再重新生長。甚至還有一些動物，如渦蟲水母可以在被切成兩段的時候還可以再生出整個身體。

為什麼這些動物似乎可以永遠不死呢？其中的分子機制是什麼呢？

來自麻省理工學院的進化發育生物學家Mansi Srivastava研究組近期發現了大量調控全身再生基因的DNA開關，這一重要發現公布在3月15日的Science雜誌上。

主控基因EGR

他們採用的是three-banded panther worms，一種研究再生的模式動物，研究發現一段非編碼DNA可以調控一種被稱為早期生長反應（early growth response，EGR）的「主控基因」，一旦EGR被激活，就可以調控其它基因，打開或關閉許多生理過程。

Srivastava表示，「觀察自然界經常會提出這樣一個問題，那就是為什麼壁虎能做到，為什麼我們不能？有許多物種可以再生，也有許多物種不能再生，事實證明，如果你比較所有動物的基因組，就會發現我們大多數的基因其實都差不多，因此我們認為這其中的答案可能並不是說某些基因是否存在，而是它們如何連接在一起的，也就是答案來自於基因組的非編碼部分。」

「要使這個過程起作用，細胞中的DNA通常需要被緊密摺疊和壓實，」文章的另外一位作者，Andrew Gehrke說，「基因組中許多包裝非常緊密的區域實際上變得可以更開放，因為那裡有監管開關，打開或關閉基因。因此，本文的一個重要發現就是基因組實際上處於一種非常動態的狀態中，在再生過程中真正發生變化的是不同的區域。」

新一代再生研究模式動物

為了清楚的了解這個過程，Gehrke和Srivastava必須重新組裝動物的序列，這個過程並不簡單。

「這也是本文的重要組成部分，我們發布了這個物種的基因組，這很重要，因為這是這個門被測序的第一個物種，」Srivastava說。

「以前關於其他物種的研究有助於我們學習很多有關再生的知識，」她說，「但是我們為什麼要挑選它來作為研究對象的，原因之一是這些動物處於一個非常重要的系統發育位置，它們與其他動物的關係能幫助我們提出一些與進化有關的觀點。」

「另一個原因是它們確實很適用於實驗，幾年前博後階段，我從百慕大找到了這些蟲子，把它們帶回了實驗室，事實證明它們比其它系統更適用於一些研究工具。」

最終，Gehrke確定了多達18,000個變化區域，研究證明EGR就像一個再生的電源開關——一旦打開，就可以激發其它生理過程，沒有它，就沒有任何反應。

而且，研究人員也證明其它物種，包括人類中也存在主控基因EGR和其它下游打開或關閉的基因。

為何人類不能再生？

「但問題是：如果人類可以打開EGR，而且不僅能打開它，還可以在細胞受損時打開它，那麼為何我們不能再生呢？」Srivastava說，「答案可能在於，如果EGR是電源開關，我們認為人體的接線是不同的。人體細胞中EGR信號指令指向的方向與three-banded panther worm不同。我們這項研究找到了一種弄清楚這種連接的方法，因此我們想要找到這種連接，然後將其應用於其它動物，比如其它只能進行有限再生的脊椎動物。」

Srivastava和Gehrke說，我們希望能了解整個基因組動態，了解EGR和其它基因激活再生過程的精確方式，而且這些研究不僅強調了理解基因組的價值，還強調了解所有基因組，非編碼以及編碼部分的重要性。

「我認為我們只是觸及了表面，」Gehrke說，「我們已經研究了這些開關中的一些，但是基因組如何在更大範圍內進行交流呢？不僅僅是如何打開和關閉碎片基因，而是所有的這一切對於打開和關閉基因都很重要，因此我認為這種監管性質有多層次。」

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