海葵(Nematostella vectensis)具有潜在永生能力。维也纳大学发育生物学家Ulrich Technau领导的团队利用分子遗传学方法,首次在海葵中鉴定出可能的多能干细胞候选者。这些干细胞受进化高度保守的基因调控,在人类中这些基因通常仅在卵子和精子形成时活跃,但赋予刺胞动物等古老动物门类极高的再生能力,甚至能够逃脱衰老。研究结果目前发表于《科学进展》,未来或将为人类衰老过程提供见解。
“我们活多久取决于我们的干细胞”——这句话虽有些大胆,但基本准确。干细胞有助于人体各种细胞和组织的持续更新,例如血细胞、皮肤或毛发。如果干细胞在生命过程中丧失这种能力或数量减少,身体就会衰老或生病。因此,干细胞对生物医学研究具有重要意义。
虽然人类和大多数脊椎动物只能再生某些器官或四肢的部分,但其他动物群体拥有更强的再生机制。这种能力得益于多能或全能干细胞,它们能够形成(分化)身体几乎所有的细胞类型。海葵(Nematostella vectensis)也具有高度再生能力:它可以通过出芽进行无性繁殖,并且没有衰老迹象,这使其成为干细胞研究的有趣对象。然而,研究人员此前一直未能在这类动物中鉴定出任何干细胞。
利用新的“单细胞基因组学”方法,Technau及其团队可以根据复杂生物体中细胞的特异性转录组特征进行识别,并确定它们由哪些干细胞发育而来。“通过结合单细胞基因表达分析和转基因技术,我们现在能够鉴定出海葵中一大群细胞,它们分化成神经细胞和腺细胞等分化细胞,因此是多能干细胞的候选者,”第一作者、维也纳大学的Andreas Denner解释道。由于这些细胞体积微小,此前一直未被发现。
这些潜在干细胞表达进化上高度保守的基因nanos和piwi,这些基因在所有动物(包括人类)中促进生殖细胞(精子和卵细胞)的发育。通过使用CRISPR基因剪刀对nanos2基因进行特异性突变,科学家还证明该基因对海葵生殖细胞的形成是必需的。在其他动物中也已证实该基因对配子生成至关重要。
这表明,这一基因功能大约在6亿年前出现,并一直保留至今。在未来的研究中,Ulrich Technau及其团队将探究海葵干细胞的哪些特殊属性使其具有潜在永生能力。
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