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      魚(yú)的脊椎盤(pán)中的細(xì)胞自我修復(fù)

      杜克大學(xué)的研究人員在斑馬魚(yú)發(fā)育的骨干中發(fā)現(xiàn)了一種獨(dú)特的修復(fù)機(jī)制,可以深入了解為什么像人類(lèi)這樣的長(zhǎng)壽生物的脊椎盤(pán)會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而退化。當(dāng)幼魚(yú)開(kāi)始游泳時(shí),修復(fù)機(jī)制顯然保護(hù)脊柱前體脊椎的充滿液體的細(xì)胞免受機(jī)械應(yīng)力。脊索細(xì)胞繼續(xù)形成椎間盤(pán)的凝膠狀中心,扁平的圓形墊子楔入每個(gè)椎骨之間,充當(dāng)脊柱的減震器。隨著時(shí)間的推移,這些細(xì)胞的消失與退行性椎間盤(pán)疾病有關(guān),這是全世界人類(lèi)疼痛和殘疾的主要原因。

      魚(yú)的脊椎盤(pán)中的細(xì)胞自我修復(fù)

      “不難推測(cè)這些相同的修復(fù)和再生機(jī)制在很早的階段就存在于人體中,但隨著時(shí)間的推移會(huì)逐漸喪失,”該研究的高級(jí)作者,細(xì)胞助理教授Michel Bagnat博士說(shuō)。杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院的生物學(xué)。“如果我們要考慮促進(jìn)椎間盤(pán)再生的技術(shù),這是我們需要了解的基本生物學(xué)。”該研究于2017年6月22日在Current Biology上發(fā)表。

      Bagnat將脊索比作裝滿水的花園水管。耐寒結(jié)構(gòu)由圍繞一組巨大的充滿液體或“空泡化”細(xì)胞的上皮細(xì)胞鞘組成。在開(kāi)發(fā)期間,盡管處于恒定的機(jī)械應(yīng)力下,這些空泡化的細(xì)胞很少流行。最近的研究表明,在這些細(xì)胞的質(zhì)膜中形成的稱為細(xì)胞膜穴樣內(nèi)陷(拉丁語(yǔ)為“小洞穴”)的小袋可以提供緩沖或膨脹的緩沖。

      為了觀察細(xì)胞膜穴樣內(nèi)陷是否能保護(hù)空泡免于爆裂,他的團(tuán)隊(duì)和來(lái)自德國(guó)的合作者在他們的模型生物斑馬魚(yú)中產(chǎn)生了三個(gè)洞穴基因的突變體。因?yàn)檫@些小型觀賞魚(yú)像胚胎一樣透明,所以科學(xué)家可以很容易地看到由于細(xì)胞膜穴樣內(nèi)陷丟失引起的任何脊柱缺陷。

      研究人員發(fā)現(xiàn),當(dāng)突變體胚胎孵化并開(kāi)始游泳,對(duì)其不發(fā)達(dá)的骨架施加壓力時(shí),它們的空泡細(xì)胞開(kāi)始分裂。雖然這一發(fā)現(xiàn)證實(shí)了他們的懷疑,但卻發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人費(fèi)解的發(fā)現(xiàn)。“在caveolar突變體中,你可以在脊索上下看到這些連續(xù)的病變,但成熟的脊柱正常形成,”Bagnat說(shuō)。“這對(duì)我們來(lái)說(shuō)非常令人費(fèi)解。”

      為了弄清楚這是怎么可能的,主要作者Jamie Garcia和Jennifer Bagwell仔細(xì)研究了突變魚(yú)的脊索。他們將空泡細(xì)胞標(biāo)記為綠色,周?chē)掀で始?xì)胞呈紅色,然后在孵化后不久拍攝魚(yú)并開(kāi)始游泳。首先,他們可以看到偶爾的空泡細(xì)胞破裂并像水氣球一樣溢出其內(nèi)容物。然后,在十五個(gè)小時(shí)的過(guò)程中,附近的上皮鞘細(xì)胞將進(jìn)入,爬過(guò)塌陷細(xì)胞的碎屑,并變成新的空泡細(xì)胞。

      他們進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)修復(fù)反應(yīng)是由細(xì)胞內(nèi)容物的釋放引發(fā)的,特別是被稱為核苷酸的基本分子構(gòu)建模塊。然后研究人員分離了活上皮鞘細(xì)胞并用核苷酸類(lèi)似物處理它們,表明它們變成了空泡細(xì)胞。

      “這些細(xì)胞位于斑馬魚(yú)和人的盤(pán)中,似乎能夠控制自己的修復(fù)和再生,”Bagnat說(shuō)。“也許它是一種連續(xù)釋放的核苷酸,對(duì)于保持椎間盤(pán)良好狀態(tài)非常重要。”

      該研究不僅可以了解背部和頸部疼痛的發(fā)展,還可以了解癌癥的起源。他們的數(shù)據(jù)表明,當(dāng)上皮鞘細(xì)胞離開(kāi)脊索并侵入顱骨和其他組織時(shí),脊索瘤,罕見(jiàn)和侵襲性脊索細(xì)胞腫瘤可能開(kāi)始。

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