涡虫奇特再生能力的关键所在

现在，来自美国斯托瓦斯医学研究所的研究人员，发现了一个关键的分子，可指导涡虫干细胞来复制自我。这个分子称为EGFR-3，是一连串信号的一部分，这些信号似乎控制着这些细胞分裂和分化的方式，以响应近致死辐射水平。这一结果发表在2016年8月11日的《Developmental Cell》杂志上。

　　

生物通报道：许多生物都具有特殊的能力，使它们在众多物种中独树一帜。例如，猎豹每小时能奔跑60英里；蚂蚁能举起自身体重100倍的物体；扁形涡虫可以再生出截肢部位。科学家们花了几十年的时间，来研究驱动这些惊人特技的机制，并希望他们能发现任何的秘密，为人类生物学带来新的观点，并带来新的方法改善健康和缓解疾病。

现在，来自美国斯托瓦斯医学研究所的研究人员，发现了一个关键的分子，可指导涡虫干细胞来复制自己。这个分子称为EGFR-3，是一连串信号的一部分，这些信号似乎控制着这些细胞分裂和分化的方式，以响应近致死辐射水平。这一结果发表在2016年8月11日的《Developmental Cell》杂志上，对于促进再生医学和发展更有效的癌症疗法，具有重要的意义。相关阅读：《PLOS Genetics》：涡虫头部再生相关基因；科学家成功让蠕虫长出新头:人类肢体再生有望；蜥蜴断尾再生的基因“秘方”。

这项研究的通讯作者、斯托瓦斯医学研究所和霍华德休斯医学研究所的Alejandro Sánchez Alvarado博士指出：“在这个信号级联中的所有基因，在从涡虫到人类之间都是保守的。类似的过程也可能发生在我们自己的细胞内，只是我们不知道而已。事实上，扰乱我们身体的任何事情——老化、损伤，甚至辣的食物，都可能影响我们干细胞的功能。如果我们更好的了解涡虫如何调节它们干细胞的种群动态，那么就可以为应对我们自己的疾病，提供线索。”

涡虫因其再生性能而享誉世界。从中间将其分裂成两半，会在其位置上出现两个相同的生物。从动物身体上切割约1/279的一个碎片，它会再生出一只完整的动物。这种能力来源于一组特殊的成人干细胞——称为成体未分化细胞（neoblasts），它们散布在这些淡水蠕虫的体内。几年前，研究人员通过使这些生物接受近致死剂量的辐射，测试了这些有再生能力的生物的极限。他们发现，即使只存在一个单一的未分化细胞，仍然足以再生出涡虫干细胞的全部群体。

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在本研究中，Sánchez Alvarado想找到形成这些戏剧性种群动态的确切信号。他实验室的博士后Kai Lei，决定寻找与干细胞相关、因此在该过程中发挥作用的普通嫌疑因子——即EGF、FGF、胰岛素、VEGF、TGF-β、Wnt/β-catenin、Hedgehog和Notch信号通路。首先，Lei和他的同事们采用了一种先进的分子技术——被称为RNA干扰，来沉默可疑信号转导通路中的不同基因。接下来，他让涡虫暴露于一定剂量的辐射，该剂量会杀死大部分、但不是全部的成体未分化细胞。然后，他等待观察，每一个沉默的基因对“未分化细胞恢复、重新繁殖并恢复辐射动物生存的能力”有什么影响。

研究人员发现，egfr-3基因是未分化细胞增殖所必需的。这种基因编码的一种蛋白质——被称为表皮生长因子，位于细胞表面，已知可刺激另一种细胞类型的生长、增殖和分化。当他们采用荧光染色照亮成体未分化细胞上的EGFR-3蛋白来确认他们的研究结果时，他们偶然发现了一些奇怪的现象。在细胞顶端的蛋白质，就像研究人员预期的那样，不是被随机分布在整个表面，而是都聚集在一边，像一头任性的头发。

EGFR -3的不均匀分布表明，该蛋白可能参与了一种称为不对称细胞分裂的现象，它与对称细胞分裂一起，构成了细胞复制自我的两种方式。在不对称的细胞分裂中，母细胞分裂成两个有不同命运的子细胞——一种可能是成体未分化细胞，另一种可能是肌肉细胞或光感受器细胞。在对称的细胞分裂中，母细胞分裂成两个具有相同属性的子细胞。

Lei说：“尽管有研究早就提出，细胞不对称分裂存在于涡虫中，但是这项研究首次提供了其存在的直接分子证据。”他表明，当EGFR -3正常发挥作用时，已辐射的neoblasts有一半时间通过不对称细胞分裂而进行分裂，另一半的时间则是通过对称细胞分裂进行分裂。但当他沉默EGFR-3的时候，不对称分裂的细胞受损。

研究人员认为，这一特定的途径可能提供了一种质量控制，以确保通过辐射或其他损害而发生的基因组错误不会传播。事实上，当他们进一步分析这个途径时，Sánchez  Alvarado和他的团队发现了DNA修复相关的几个基因。

Sánchez Alvarado说：“不对称的细胞分裂可能是除掉‘害群之马’的一种方式。虽然我们没有证据，但我们认为，这一信号通路有助于除掉携带缺陷的细胞，从而使它们有不同的命运，这样它们就不再制造更多的干细胞（成体未分化细胞）。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Egf Signaling Directs Neoblast Repopulation by Regulating Asymmetric Cell Division in Planarians
Summary：A large population of proliferative stem cells (neoblasts) is required for physiological tissue homeostasis and post-injury regeneration in planarians. Recent studies indicate that survival of a few neoblasts after sublethal irradiation results in the clonal expansion of the surviving stem cells and the eventual restoration of tissue homeostasis and regenerative capacity. However, the precise mechanisms regulating the population dynamics of neoblasts remain largely unknown. Here, we uncovered a central role for epidermal growth factor (EGF) signaling during in vivo neoblast expansion mediated by Smed-egfr-3 (egfr-3) and its putative ligand Smed-neuregulin-7 (nrg-7). Furthermore, the EGF receptor-3 protein localizes asymmetrically on the cytoplasmic membrane of neoblasts, and the ratio of asymmetric to symmetric cell divisions decreases significantly in egfr-3(RNAi) worms. Our results not only provide the first molecular evidence of asymmetric stem cell divisions in planarians, but also demonstrate that EGF signaling likely functions as an essential regulator of neoblast clonal expansion.