维也纳大学的研究人员首次在海葵中发现潜在的多能干细胞。这些干细胞受进化高度保守基因的调控——这类基因在人类中通常仅在生殖细胞(精子和卵子)形成时活跃,却赋予腔肠动物(如海葵)极强的再生能力,使其得以规避衰老。该发现可能为人类衰老研究提供重要线索。
这项发表于《科学进展》的研究题为《Nanos2标记海葵Nematostella vectensis体细胞谱系前体并参与其生殖细胞形成》,由维也纳大学教授Ulrich Technau博士领导。研究团队指出:"在动物中,不同分化能力的干细胞群体促进组织再生与稳态维持。值得注意的是,无论脊椎动物还是无脊椎动物,生殖细胞干细胞都会表达如nanos、vasa和piwi等高度保守的RNA结合蛋白基因。在再生能力强的动物中,这些基因同样出现在体细胞干细胞中,提示它们可能在所有干细胞中具有祖先性功能。但目前水母纲以外的腔肠动物中尚未发现多功能干细胞系统。"
人类等脊椎动物仅能再生部分器官或肢体,而某些动物类群则具有更强的再生机制。这种能力源于多能或全能干细胞——它们能分化成几乎所有类型的体细胞。海葵Nematostella vectensis正是高度再生生物,既能通过出芽进行无性繁殖,又无明显衰老迹象,使其成为干细胞研究的理想对象。但此前研究人员尚未在该物种中鉴定出干细胞。
利用单细胞基因组学技术,Technau团队通过分析转录组特征识别复杂生物体细胞来源。第一作者Andreas Denner解释道:"我们结合单细胞基因表达分析与转基因技术,首次发现海葵体内存在可分化为神经细胞和腺体细胞的细胞群体,这些细胞符合多能干细胞的特征。"这类干细胞因体积微小而长期未被发现。
这些潜在干细胞表达进化保守的nanos和piwi基因——这些基因在所有动物(包括人类)生殖细胞发育中均起关键作用。通过CRISPR基因编辑技术对nanos2基因进行定向突变,科学家证实该基因对海葵生殖细胞形成不可或缺,这与在其他动物中观察到的配子形成必要性一致。
研究团队通过鉴定受高度保守基因调控的多能干细胞,揭示了这些古老生物潜在抗衰老的遗传蓝图。在人类中,这些基因仅在生殖细胞形成期活跃;而在海葵中,它们却主导持续再生与潜在永生。通过研究海葵干细胞中这些基因的调控机制,可能为增强人类干细胞寿命与再生能力提供新思路,进而开发针对衰老相关疾病的治疗方案。
未来Technau团队计划进一步探究海葵干细胞实现潜在永生的特殊属性。
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