蝾螈肢体再生中遗传补偿反应通过Hippo-Yap/Taz通路激活Taz的机制研究

为解决基因敲除(KO)与基因敲低(KD)在再生表型中的矛盾现象，山东农业大学等团队以高再生能力的蝾螈(Pleurodeles waltl)为模型，揭示了Yap基因缺失后通过UPF3A介导的遗传补偿反应(GCR)激活Taz表达从而维持肢体再生的新机制。该研究首次证明GCR在动物再生过程中的关键作用，为理解再生医学的遗传稳健性提供了新视角。

　　

自然界中，蝾螈是唯一能终生完美再生四肢的脊椎动物，这种神奇的再生能力一直是科学家探索的焦点。然而，当研究人员试图通过基因编辑技术研究再生机制时，常常遇到一个令人困惑的现象：同一基因的敲除(KO)和敲低(KD)会产生截然不同的表型。这种"基因敲除与敲低悖论"在发育生物学中已有报道，但其在再生过程中的作用机制尚属未知。

山东农业大学等机构的研究团队选择以伊比利亚肋突螈(Pleurodeles waltl)为模型，聚焦Hippo-Yap/Taz信号通路——这个从果蝇到人类都高度保守的调控组织发育和再生的关键通路。通过一系列精巧设计的实验，研究人员发现Yap基因敲除后肢体再生依然正常，而Yap mRNA或蛋白抑制则导致严重再生缺陷。深入机制研究发现，这种表型差异源于遗传补偿反应(GCR)：Yap基因座产生的无义mRNA被UPF3A识别，进而激活同源基因Taz的表达补偿Yap功能。这项突破性成果发表在《npj Regenerative Medicine》上，为理解再生过程中的遗传稳健性提供了全新视角。

研究团队运用了多种关键技术：CRISPR-Cas9构建Yap基因敲除蝾螈模型；形态学分析评估肢体再生效率；EdU标记检测细胞增殖；RNA-seq分析基因表达谱；反义寡核苷酸(ASO)和吗啉寡核苷酸(MO)分别靶向降解mRNA和抑制蛋白翻译；免疫荧光染色分析蛋白定位；以及qPCR验证基因表达变化。

遗传补偿反应促进肢体再生
通过比较野生型(WT)和YAP-KO蝾螈的肢体再生过程，研究发现尽管YAP蛋白在KO动物中完全缺失，但肢体再生的形态学特征、再生效率和细胞增殖率均与WT无异。与之形成鲜明对比的是，使用吗啉寡核苷酸抑制Yap mRNA翻译或药物Verteporfin阻断YAP蛋白功能，均导致严重的再生障碍。

Taz的补偿性诱导
转录组分析揭示，在YAP-KO动物中，TAZ特异性靶基因在再生早期(1-7 dpa)迅速上调，而YAP特异性靶基因则下调，YAP/TAZ共同靶基因保持稳定。功能实验证实，抑制TAZ会破坏YAP-KO动物的再生能力，证明TAZ的上调是补偿Yap缺失的关键机制。

UPF3A介导的分子机制
研究发现YAP-KO中产生的含提前终止密码子(PTC)的Yap无义mRNA未被降解，而是被UPF3A识别。通过ASO清除无义mRNA或MO抑制UPF3A，均导致TAZ表达下降和再生障碍，证实UPF3A-PTC-mRNA轴是激活GCR的核心机制。

这项研究首次阐明GCR在动物再生中的关键作用，揭示了一种新型"再生GCR"机制：当遭遇基因功能缺失时，生物体通过UPF3A感知突变mRNA并激活同源基因补偿，确保再生程序的稳健执行。这一发现不仅解释了基因操作中的表型差异问题，更提示GCR可能是高再生能力物种的独特适应策略。研究提出的"多策略基因功能验证"框架，为再生医学研究提供了方法学借鉴。未来探索这种再生特异性GCR能否在其他物种中被激活，将有助于开发促进组织修复的新方法。

值得注意的是，该研究还发现GCR调控的基因网络与细胞增殖和组织修复过程高度相关，暗示生物体可能通过类似的补偿机制应对各种损伤压力。这些发现为理解再生医学中的遗传稳健性开辟了新思路，也为开发针对再生障碍的干预策略提供了潜在靶点。