科學(xué)家繪制了內(nèi)部魚腸的基因組圖譜
科學(xué)家在腸道內(nèi)壁發(fā)現(xiàn)了一個(gè)基因和基因調(diào)控元素網(wǎng)絡(luò),從魚類到人類都保持著相同的基礎(chǔ)。許多這些基因與人類疾病有關(guān),例如炎癥性腸病,糖尿病和肥胖癥。該研究結(jié)果發(fā)表在PLOS Biology期刊上,將魚作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),用于研究這種古老的遺傳信息如何蒸餾超過(guò)4.2億年的進(jìn)化 - 控制腸道的發(fā)育和功能障礙。“我們的研究揭示了在脊椎動(dòng)物進(jìn)化過(guò)程中保存良好的腸道生物學(xué)方面,表明它們對(duì)腸道健康至關(guān)重要,”該研究的高級(jí)作者,副教授John F. Rawls博士說(shuō)。杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院的分子遺傳學(xué)和微生物學(xué)。“通過(guò)這樣做,我們?yōu)榉侨祟惸P拖到y(tǒng)中的腸道生物學(xué)機(jī)械研究奠定了基礎(chǔ),如魚類和老鼠,這些系統(tǒng)在人類中是不可能完成的。”
腸道具有所有脊椎動(dòng)物共有的各種重要功能。它吸收營(yíng)養(yǎng),刺激免疫系統(tǒng),處理毒素和藥物,并為微生物提供關(guān)鍵屏障。腸道內(nèi)腸上皮細(xì)胞的缺陷與越來(lái)越多的疾病有關(guān),包括炎癥性腸病,結(jié)腸直腸癌,食物過(guò)敏,糖尿病,肥胖,營(yíng)養(yǎng)不良和感染性腹瀉。
幾十年來(lái),科學(xué)家依靠動(dòng)物模型收集有助于對(duì)抗人類疾病的腸上皮細(xì)胞信息。但目前尚不清楚這些細(xì)胞在多個(gè)物種中的相似性。
在這項(xiàng)研究中,羅爾斯和他的團(tuán)隊(duì)使用比較生物學(xué)方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。研究助理Colin R. Lickwar博士及其同事從四個(gè)進(jìn)化上遙遠(yuǎn)的物種的腸上皮細(xì)胞中產(chǎn)生了全基因組數(shù)據(jù):斑馬魚,棘魚,小鼠和人類。然后,Lickwar為每個(gè)物種創(chuàng)建了地圖,不僅描繪了所有基因的活動(dòng)水平,還描繪了打開和關(guān)閉這些基因的特定基因序列或調(diào)控元件的位置。
Lickwar驚訝地發(fā)現(xiàn)不同脊椎動(dòng)物物種之間存在驚人的相似性。他確定了一組共同??的基因 - 腸上皮細(xì)胞特征 - 其中一些在腸道長(zhǎng)度的特定區(qū)域具有共同的活動(dòng)模式。更重要的是,這個(gè)保守特征中包含的許多基因以前曾涉及多種人類疾病。Lickwar和Rawls想知道這種保守的遺傳特征是否受到物種之間可能共享的調(diào)控元素的控制。
為了測(cè)試是否是這種情況,他們從魚類,小鼠和人類中獲取了各種調(diào)節(jié)元素并將它們粘在斑馬魚中。由于斑馬魚是透明的生物,研究人員可以在顯微鏡下觀察顏色的模式,以判斷綠色熒光蛋白或紅色熒光蛋白(它們與調(diào)節(jié)元素一起插入)是否已在腸道中翻轉(zhuǎn)。他們發(fā)現(xiàn)從其他物種移植的調(diào)節(jié)開關(guān)在斑馬魚中發(fā)揮作用,表明其具有顯著的保護(hù)水平。
“我們的研究結(jié)果表明,腸上皮細(xì)胞使用古老的核心程序在大多數(shù)脊椎動(dòng)物體內(nèi)完成它們的工作,”該研究的第一作者Lickwar說(shuō)。“現(xiàn)在我們已經(jīng)確定了這個(gè)核心計(jì)劃,我們可以更輕松地在人類和斑馬魚之間來(lái)回翻譯結(jié)果。”
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