由于其豐富的干細(xì)胞被稱為新生細(xì)胞，并且能夠恢復(fù)因損傷而損失的身體部位，這種不起眼的扁蟲或扁桃體已成為研究組織和器官再生過程的令人興奮的模式生物。在兩項(xiàng)新研究中，霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)室的研究人員，斯托默斯醫(yī)學(xué)研究所的研究員亞歷杭德羅·桑切斯·阿爾瓦拉多博士研究了干細(xì)胞分化為渦蟲皮膚細(xì)胞時(shí)的復(fù)雜過程。

Stowers研究員Elizabeth Duncan博士和她的合作者在2015年12月17日的Cell Reports在線期刊上發(fā)表的一項(xiàng)研究中首次提供了對(duì)平面染色質(zhì)調(diào)控的第一次深入體內(nèi)研究。這項(xiàng)研究建立在鄧肯關(guān)于染色質(zhì)的研究基礎(chǔ)之上 - 染色質(zhì)是在細(xì)胞核內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一組DNA，組蛋白和非組蛋白。染色質(zhì)包裝DNA并充當(dāng)遺傳信息的守門人。在染色質(zhì)調(diào)節(jié)過程中，酶為細(xì)胞的組蛋白添加化學(xué)標(biāo)簽，這一過程使基因組區(qū)域易于發(fā)揮特定的功能。

Duncan通過敲除這些酶在渦蟲中的水平來鑒定由兩種這樣的酶Set1和MLL1 / 2靶向的基因組的關(guān)鍵區(qū)域。她發(fā)現(xiàn)Set1目標(biāo)主要與渦蟲干細(xì)胞群的維持有關(guān)，沒有這種酶的蠕蟲最終死亡。然而，擊倒MLL1 / 2產(chǎn)生了截然不同的結(jié)果; 這些扁桃體不是丟失干細(xì)胞，而是在皮膚上丟失了纖毛，停止了游泳。

接下來，Duncan分離了渦蟲細(xì)胞并使用染色質(zhì)免疫沉淀然后進(jìn)行DNA測(cè)序(ChIP-seq)分析了整個(gè)基因組中組蛋白與DNA的相互作用。該論文是第一份在平面圖中使用該技術(shù)的報(bào)告。使用ChIP-seq，她標(biāo)記了酶靶向的基因，揭示了纖毛相關(guān)基因的變化發(fā)生在新生細(xì)胞中。

“這是研究中最大的驚喜，”鄧肯說。“在MLL1 / 2的情況下，我并沒有特別想到基因會(huì)在成體干細(xì)胞中受到影響。我可能已經(jīng)猜到它們會(huì)在纖毛所在的上皮組織中受到影響。”

扁桃體中的纖毛類似于人體肺部的纖毛，其有助于排出粘液。Duncan的發(fā)現(xiàn)表明，纖毛發(fā)生的缺陷，即纖毛的建立過程，可能比思想更早開始，這一發(fā)現(xiàn)可能對(duì)廣泛的人類健康狀況產(chǎn)生潛在影響，包括原發(fā)性纖毛運(yùn)動(dòng)障礙，腦積水，多囊肝和腎臟疾病以及心臟缺陷。

“現(xiàn)在我們認(rèn)為干細(xì)胞可能正在準(zhǔn)備自己以后表達(dá)纖毛編碼基因，因此需要這種酶來確定這種潛力，”她說。她解釋說，當(dāng)這些細(xì)胞發(fā)生變化很重要時(shí)，因?yàn)榻M織細(xì)胞中發(fā)生的纖毛變化只會(huì)影響特定的組織。相反，新生細(xì)胞中發(fā)生的纖毛變化可能會(huì)影響許多類型的組織。

“重要的是要知道MLL1 / 2具有建立后期事件的能力，因?yàn)檫@開辟了一種全新的思維方式。例如，纖毛基因與心臟缺陷有關(guān)，但不一定是因?yàn)樾呐K細(xì)胞擁有纖毛;這是因?yàn)檫@種變化發(fā)生在發(fā)展的早期階段，“鄧肯說。“理解這種酶可能會(huì)影響纖毛中涉及的整個(gè)基因組，這似乎是一個(gè)重要的難題。它不僅僅是一個(gè)基因;它是它們的完整集合。”

Duncan補(bǔ)充說，與在培養(yǎng)皿中研究它們相比，在體內(nèi)進(jìn)行研究提供了“與這些酶相關(guān)的生物學(xué)的良好，清潔的聯(lián)系”。

在2015年10月12日在線發(fā)表的eLife論文中，第一作者，也在SánchezAlvarado實(shí)驗(yàn)室的Kimberly Tu博士及其同事研究了新生血管如何發(fā)育成表皮細(xì)胞，這些細(xì)胞組成了蠕蟲的皮膚。該過程涉及一系列步驟，其中在每個(gè)階段表達(dá)不同的基因。研究人員發(fā)現(xiàn)，編碼轉(zhuǎn)錄因子的egr-5基因控制著這些標(biāo)記基因的表達(dá)，并在細(xì)胞開始分化為表皮細(xì)胞時(shí)高度表達(dá)。當(dāng)egr-5的活性降低時(shí)，它阻止細(xì)胞正常分化，并且它們不能制造成熟的皮膚細(xì)胞。

“這會(huì)破壞表皮的完整性，”圖說。“最終動(dòng)物會(huì)因?yàn)闊o法制造新的表皮細(xì)胞而死亡。”

這種破壞也表明了扁平動(dòng)物的應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致新生細(xì)胞過度增殖并分化成其他細(xì)胞，包括神經(jīng)元和腸細(xì)胞。該研究結(jié)果揭示了egr-5在上皮細(xì)胞發(fā)育中的關(guān)鍵作用，并揭示了這個(gè)看似簡(jiǎn)單的生物體在工作中的生物復(fù)雜性。