将涡虫的一只眼睛移除,当头部再生时就产生了这样的三只眼的扁形虫。

美国麻省理工学院怀特黒德研究所发现了生物组织再生模式,或可解释和预测成人干细胞的再生组织如何决定在何处形成替代结构。

3月15日发表在《科学》杂志上的该论文指出,三个因素共同主导着涡虫(扁形虫门)眼睛的再生过程,其中信息显示了祖细胞如何再生。该研究建立了一个可扩展性模型,提示细胞如何确定再生位置;它指出,祖细胞通过自组织接近已有结构;祖细胞起源于弥漫空间——而非精确位置——这一特性赋予其移动灵活性。

从以往的研究人们了解到,干细胞很可能从邻近的组织中读取指令来引导路径。当新缺失的部分需要再生时,位置信息必须变化,才能指定正确的再生位置。“修订后的信息可以指导祖细胞选择如何进行新的结构分化、在正确的解剖位置进行再生。”论文资深作者、麻省理工学院生物学教授并身兼怀特黑德研究所和霍华德休斯医学研究所(HHMI)研究员的彼得·瑞迪恩说。然而,当出现损伤后,位置信息和残余的解剖模式之间不再匹配时,干细胞是如何使特定组织决定去何处、如何分化?是基于解剖学还是基于位置信息?当这两种信息不一致时,他们是如何决定的?

瑞迪恩的研究室花了十几年时间用涡虫做实验。当这种扁形虫的身体的任何部分被切断后,切下的部分都会形成一条新的涡虫。研究人员切掉涡虫的头部,三天后再将头部的眼睛切除,他们发现祖细胞会在靠近鼻尖的位置形成一个新的眼睛,而不是与现存眼睛对称的位置,即解剖学上的“正确”位置。但如果在切掉头部的当天切除眼部,新生的眼睛就会位于另一只眼睛对称的位置,即解剖学位置上。这表明,当位置信息出现矛盾时,解剖学自组织动力将占上风。

当切掉涡虫两侧、同时截断头部,令祖细胞离开自组织吸引源足够远时,这些移动的祖细胞会再生一个新的眼睛。反复进行切除,就出现了令人惊讶的实验结果,得到三只眼、四只眼、甚至五只眼的扁形虫,且所有的眼睛都具有解剖学机能,并展现出避光反应。

这项研究揭示了动物再生的基本课题——迁移的祖细胞如何做出选择,使机体恢复机能并维持器官的功能。再生过程中相互竞争的两种力量:自组织和外在线索共同影响祖细胞对再生路径的选择,两种力量共同决定再生的结果。

编译:馥莉编辑:程建兰