当Mark Martindale决定追踪肌肉细胞(例如心脏)进化起源时,他剑走偏锋了。
海葵(sea
anemone)是一种海洋生物。如果你把它切成许多块,每一块都能再生成一个新个体。为什么海葵这么牛,人类却不行呢?在分析海葵“心脏”基因时,研究人员发现解释海葵再生能力的关键在于,这些基因的相互作用存在差异。
Martindale说:“人类基因也具备交流潜力,这项发现将可解决心脏病治疗和再生修复等医学难题。”
原肠胚(gastrulation)是导致后生动物多样化的关键性进化创举,它允许动物胚胎形成不同胚层和特殊化组织。决定细胞命运的差异基因表达受细胞内和/或外信号输入控制。β-连环蛋白/TCF和TGF-β骨形态发生蛋白(bone
morphogenetic protein,BMP)为两侧对称动物(bilaterian metazoans)的胚层(germ
layer)特化提供关键分子信号输入。然而,BMP信号对珊瑚海葵(属后生动物早期分支)内/中胚层特化的特殊作用仍缺乏直接实验证据。
运用转录组学手段,研究人员发现,在原肠胚形成时期(受精后24小时)β-连环蛋白/TCF信号和BMP2/4信号为珊瑚海葵基因调节网络(gene
regulatory
network,GRN)提供不同输入信号。令人惊讶的是,β-连环蛋白/TCF信号和BMP2/4信号调节GRN共同下游靶标基因子集的方式截然相反,导致胚胎细胞在空间和时间上的分离分化。
因此,β-连环蛋白/TCF信号和BMP2/4信号相互作用调节是胚胎分区以及口腔-反口轴(oral–aboral axis)图案化的必要条件。
本研究支持“大多数动物的肌肉细胞起源于具有吸收和收缩特性的双功能肠组织”这一观点。虽然海葵内脏组织看起来并不像一颗跳动的心脏,但它确实经历了缓慢的有节奏的收缩波,有点类似人类消化系统。
Martindale说:“这项发现揭示了为什么表达‘心脏’基因的海葵肠道细胞能转成其他类型细胞,用于修复受损身体部位。”
该原始动物的肌肉细胞已经非常类似心脏。从胚胎开始,这些“心脏”基因就存在于每个骨骼肌内,迟早有一天,科学家们能诱导肌肉细胞再生为各种新细胞,也包括心脏细胞。
人工肝脏,又近一尺!
原文标题
Antagonistic BMP–cWNT signaling in the cnidarian Nematostella vectensis reveals insight into the evolution of mesoderm