海葵 Nematostella vectensis 具有永生的潜力。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确定了海葵中多能干细胞的可能候选者。

海葵研究发现与保守基因相关的潜在再生干细胞

这些干细胞受进化过程中高度保守的基因调控,这些基因在人类中通常只在卵子和精子细胞的形成过程中活跃,但却赋予刺胞动物等古老动物门类高度的再生能力,甚至可以逃避衰老。该研究结果发表在《科学进展》上,也可能为未来人类衰老过程提供见解。

“只要有干细胞,我们就能活下去”这句话虽然有些大胆,但本质上却非常准确。干细胞有助于人体各种细胞和组织的不断更新,例如血细胞、皮肤或头发。如果干细胞在生命过程中失去这种能力或其数量减少,人体就会衰老或患病。因此,干细胞在生物医学研究中具有重要意义。

虽然人类和大多数脊椎动物只能再生某些器官或肢体的部分,但其他动物群体的再生机制却强得多。这种能力是由多能干细胞或多能干细胞实现的,它们可以形成(分化)几乎所有身体细胞类型。

海葵Nematostella vectensis 也具有很强的再生能力:它可以通过出芽进行无性繁殖,并且没有衰老迹象,这使它成为干细胞研究的一个有趣主题。然而,研究人员尚未能够在这些动物中识别出任何干细胞。

利用新的“单细胞基因组学”方法,Technau 和他的团队可以根据复杂生物体的特定转录组谱识别其细胞,并确定它们是由哪些干细胞发育而来的。

“通过结合单细胞基因表达分析和转基因技术,我们现在能够识别出海葵中大量的细胞,这些细胞形成了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 解释说。由于它们体型微小,至今仍未被发现。

这些潜在的干细胞表达了进化上高度保守的基因 nanos 和 piwi,这些基因使包括人类在内的所有动物的生殖细胞(精子和卵细胞)得以发育。通过使用 CRISPR 基因剪刀特异性地突变 nanos2 基因,科学家们还能够证明该基因对于海葵生殖细胞的形成是必需的。在其他动物中也已证明该基因对于配子的产生至关重要。

这证明该基因功能在大约 6 亿年前就已出现,并一直保存至今。在未来的研究中,Ulrich Technau 和他的团队希望研究海葵干细胞的哪些特殊特性使其具有潜在的永生性。