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肺鱼的尾巴再生可深入了解肢体再生长的过程

对于大多数脊椎动物来说,失去肢体是永久的,但是幸运的少数物种(如sal和t)能够完全恢复复杂的身体部位。了解这种现象的分子机制可能是开发新型再生医学的关键,这使我们有能力治愈脊髓损伤和其他严重受损的组织。

芝加哥大学和联邦大学帕拉分校的研究人员发表在《英国皇家学会议事录》上的一项新研究首次探索了西非肺鱼尾巴中的这种再生能力,并发现该过程具有许多相同之处性状如sal的尾巴再生。他们的结果表明,这种特征很可能是在一个共同的祖先中发现的,并且为更好地理解和利用肢体再生长的机制提供了新的机会。

这项研究的灵感来自于芝加哥大学Shubin实验室的博士后研究金。在完成了进化生物学的博士后研究后,伊戈尔·施耐德(Igor Schneider)博士在巴西贝伦(Belém)接受了教师职位,在那里他触手可及地发现了亚马逊热带雨林的多样性。他开始对探索新动物模型中的进化特征感兴趣,并最终将精力集中在了再生生物学上。他开始探索肺鱼的再生机制-首先是南美物种,然后是西非肺鱼。

施瓦德说:“当我们谈论a如何重生丢失的尾巴时,我们正在谈论的是繁殖各种组织。”施耐德说,他是联邦大学帕拉大学生物科学副教授,有机生物学客座副教授在芝加哥。“椎骨,脊髓,肌肉是非常复杂的结构。哺乳动物,鸟类和大多数爬行动物无法像那样再生组织,但是sal可以再生。我们知道这种情况如何发生的一些生物学现象,但我们并不真正知道它的进化史或何时何在。我们的祖先有能力再生失去的肢体吗?我们失去了作为哺乳动物的这种能力,还是sal有幸后来发明了它?”

回答此问题的一种方法是确定该特征是否存在于人类与sal之间的共同祖先中。为此,研究人员采取了系统发育的方法,寻找具有相似再生特征的其他亲属。施耐德说,肺鱼是独特的,因为它们是“我们最亲密的鱼表亲”。“它们可以使尾巴再生,但它们也是我们在水中最亲的亲戚。这使我们能够探索这种再生能力是否也可能存在于我们的共同祖先中,而不必深入到系统进化树中。 ”

肺鱼代表一个理想的模型,其原因不只一个。UChicago的有机生物学与解剖学Robert R. Bensley杰出服务教授Neil Shubin博士说:“这些动物具有正确的解剖学来研究这个问题,也可以在实验室中轻松地进行管理。”“与其他具有再生能力的常见物种(例如斑马鱼)相比,肺鱼与人类的关系要密切得多。例如,肺鱼的鳍片上有肱骨,就像我们上臂的骨头一样。它们的肺与我们的肺相似。有一系列特征表明,这些动物与我们的关系比斑马鱼更为紧密。”

研究人员最初面临的挑战是从头开始建立肺鱼模型,学习如何在实验室环境中照料鱼,取样组织并获得DNA测序数据以更清晰地了解动物的遗传基因,并测试新抗体和新物种中的技术。

他们发现,西非肺鱼不仅可以完全再生一条丢失的尾巴,而且这种再生所使用的分子机制与两栖动物所见的肢体再生相似。这包括一个关键的信号分子Shh,它在胚胎发育过程中对大脑和身体的生长和组织起着关键作用。这为这种再生存在于这些物种和人类共同祖先的假设提供了支持。

但是也许比再生过程中的相似之处更有趣的是差异。施耐德说:“我发现特别引人入胜的是肺鱼特有的尾巴再生长的某些方面。”“这些动物因拥有巨大的基因组而闻名,其最大基因组是人类的40倍,因为它们的基因组包含许多病毒衍生的DNA元素,称为转座子。在再生过程中,其中一些基因会开启,但是我们不知道是因为它们与该过程中的其他关键基因接近,还是因为这些基因积极参与了再生,其中一些在两栖动物的再生中也见过,所以提出了一个问题这些转座子是否在再生中起特定作用。”

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