蠑螈是唯一可以再生身體部位的四足脊椎動(dòng)物，即使是成年人也是如此。當(dāng)蠑螈失去肢體時(shí)，在樹樁處產(chǎn)生大量稱為胚胎的細(xì)胞，從而最終再生新的全功能肢體。脊椎動(dòng)物(包括人類)共有的基因，或蠑螈可能進(jìn)化的獨(dú)特基因能解釋這種顯著的能力嗎?

在科學(xué)報(bào)告發(fā)表的一項(xiàng)研究中，包括筑波大學(xué)和代頓大學(xué)在內(nèi)的幾所日本大學(xué)的研究人員報(bào)告說，從成人蠑螈的發(fā)作中發(fā)現(xiàn)了一種新基因Newtic1。該基因在紅細(xì)胞亞群中表達(dá)，可能有助于成年蠑螈的肢體再生。紅細(xì)胞或紅細(xì)胞的作用是在動(dòng)物體內(nèi)傳遞氧氣。與哺乳動(dòng)物體內(nèi)的其他細(xì)胞不同，紅細(xì)胞缺乏細(xì)胞核，使它們攜帶更多的氧氣并擠入細(xì)小的血管。然而，在蠑螈和大多數(shù)其他非哺乳動(dòng)物物種中，這些細(xì)胞含有細(xì)胞核。除氧輸送外，這些有核細(xì)胞的功能尚不清楚。該研究首次提供了對(duì)這些有核細(xì)胞作用的深入了解。

在這項(xiàng)研究中，研究人員構(gòu)建了一個(gè)數(shù)據(jù)庫，其中包含日本蠑螈研究界報(bào)道的日本火腹蠑螈的所有蛋白質(zhì)編碼基因。該數(shù)據(jù)庫包含來自19種不同組織的基因的DNA序列信息，包括不同的再生器官和肢體胚胎。為了鑒定與肢體再生相關(guān)的基因，他們使用統(tǒng)計(jì)分析來尋找與肢體胚胎形成相關(guān)的表達(dá)增加的基因。從694,138個(gè)序列中，他們發(fā)現(xiàn)在肢體胚胎中表達(dá)了105,464個(gè)。進(jìn)一步篩選這些序列導(dǎo)致鑒定出一個(gè)名為Newtic1的單個(gè)基因。使用基于DNA和蛋白質(zhì)的方法證實(shí)了它在新組織中的存在。類似的基因存在于蠑螈和另一種蠑螈物種中，但不是在任何其他物種。“Newtic1是'孤兒'基因，因?yàn)樗谶h(yuǎn)緣相關(guān)物種中沒有可識(shí)別的等同物，”宇都宮大學(xué)的共同作者富比托富山說。“這使得很難預(yù)測(cè)其功能。”

為了理解其功能，研究人員研究了Newtic1蛋白在newt中的表達(dá)位置和時(shí)間。他們使用Newtic1特異性抗體來觀察Blaticma和血液中Newtic1的表達(dá)。他們發(fā)現(xiàn)，Newtic1在紅細(xì)胞中，過早的子集特異性表達(dá)的紅血細(xì)胞(稱為“PcNobs”)。該基因在一些但不是全部的PcNob細(xì)胞中表達(dá)。在正常的成年蠑螈中，在血管和靜脈中發(fā)現(xiàn)了表達(dá)Newtic1的PcNobs團(tuán)塊。這些團(tuán)塊被命名為紅細(xì)胞團(tuán)塊，EryC研究人員隨后分析了Newtic1在成人新生肢體再生過程中的表達(dá)情況，在前臂中段前肢截肢5天后傷口閉合后殘端區(qū)域新生成EryCs，其數(shù)量隨著胚胎的形成而增加。通過再生從殘端延伸到胚膈的血管/毛細(xì)血管將EryCs從殘端區(qū)域運(yùn)送到胚胎。隨著再生前臂中出現(xiàn)的數(shù)字，EryCs的數(shù)量減少。

通過觀察Newtic1在幼蟲蠑螈組織和肢體胚胎中的表達(dá)，研究人員確定表達(dá)Newtic1的紅細(xì)胞對(duì)幼蟲階段的肢體胚胎沒有貢獻(xiàn)。“至少在這個(gè)物種中，EryCs對(duì)肢體胚胎的貢獻(xiàn)是陸地成年生命階段所特有的，”共同作者，筑波大學(xué)教授Chikafumi Chiba總結(jié)道。

研究人員懷疑PcNobs含有活躍的基因，因此他們檢查了正常血液中的基因表達(dá)。結(jié)果表明編碼分泌分子的許多基因的表達(dá)，包括生長因子和基質(zhì)金屬蛋白酶。已知大多數(shù)分泌的分泌因子參與血管的發(fā)育和重塑，這些事件也涉及肢體再生。在純化的PcNobs和EryCs中證實(shí)了兩種已鑒定的生長因子的表達(dá)，其中可獲得試劑(TGFβ1和BMP2)。

TGFβ1和BMP2在再生肢體中的表達(dá)顯示，當(dāng)它們進(jìn)入生長的胚胎時(shí)，EryC似乎將這些因子釋放到再生血管和毛細(xì)血管中。“我們的假設(shè)是EryCs可能對(duì)血管和毛細(xì)血管的再生起作用，”主要作者羅曼卡斯科羅布爾斯博士說。筑波大學(xué)的候選人。

“我們的研究結(jié)果首次顯示了正常血液和肢體再生過程中有核紅細(xì)胞的復(fù)雜行為，”Chikafumi Chiba說。“我們的研究結(jié)果表明，PcNobs是循環(huán)血液中的主要有核紅細(xì)胞，在整個(gè)身體內(nèi)攜帶各種分泌分子。”

盡管Newtic1基因的存在無法完全解釋蠑螈的獨(dú)特再生能力，但其發(fā)現(xiàn)有助于將PcNobs和EryCs鑒定為可能的候選物，為受傷區(qū)域或肢體的新發(fā)生的胚胎提供重要分子。這些發(fā)現(xiàn)可以提供對(duì)其他動(dòng)物物種的傷口愈合，組織再生和修復(fù)的了解。