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新发现!井冈山大学陆辉强团队发现斑马鱼极性再生的分子机制

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iNature前沿 2021-01-17 20:54

扁平虫从前部或后部伤口再生其头和尾,并且这种再生胚极性受Wnt /β-catenin信号控制。众所周知,脊椎动物如鱼和两栖动物的附肢的再生胚细胞向远端生长。然而,尚不清楚脊椎动物附肢中的再生胚细胞是否可以向近端生长。

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近期井冈山大学陆辉强团队在PNAS 在线发表题为”Calcineurin controls proximodistal blastema polarity in zebrafish fin regeneration“的研究论文,该研究显示了斑马鱼鳍中的再生胚细胞可通过钙调神经磷酸酶抑制作用沿近前轴向近端生长。

该研究在成年斑马鱼中使用鳍片挖掘来观察从腔体的前切缘(ACE)到后切缘(PCE)的单向再生,并且这种单向再生极性发生在PCE无法建立胚泡的情况下。此外,该研究发现ACE中的钙调神经磷酸酶活性高于PCE中的钙调神经磷酸酶活性。钙调神经磷酸酶抑制诱导PCE胚层,而钙调神经磷酸酶过度活化抑制其再生。总的来说,这些发现将钙调神经磷酸酶确定为分子开关,以指定斑马鱼鳍中近轴的PCE胚层和再生极性。

再生广泛发生在动物界,并且随物种而异。尽管某些动物(例如Planaria和Hydra)会进行整个身体的再生,但是脊椎动物的再生能力有限。但是,一些脊椎动物,例如鱼和两栖动物,能够完全再生缺失的肢体。方向性极性与脊椎动物肢体的发育有关,因为它们主要从近端方向发展到远端。尽管某些脊椎动物附肢的再生胚细胞向远端生长,但尚不清楚它们是否可以在脊椎动物附肢的近端生长。

斑马鱼有能力在其一生中再生整个鳍。鳍是组织良好的结构,包括神经,脉管系统,皮肤,间充质和骨骼框架。斑马鱼鳍的再生是通过预先存在的组织内的变化来实现的,从而在伤口部位形成再生胚细胞。Blastemas对于四肢的初始再生和最终分化以产生缺失的结构至关重要。形成母细胞需要许多成年干细胞,并且需要一种可靠的机制来指定缺失的组织类型。连接蛋白,黏附分子和释放的配体等许多局部因素参与了胚泡的形成。尽管已经鉴定出许多调节母细胞形成和分化的因素和机制,但仍不清楚在再生过程中控制母细胞极性的因素和机制。

钙调神经磷酸酶是一种Ser / Thr磷酸酶,是斑马鱼鳍中生长的已知调节剂。钙调神经磷酸酶的低活性水平对应于鳍片再生的高速率,并且钙调神经磷酸酶的抑制通过促进视黄酸(RA)信号传导而改变了鳍片位置信息并增强了鳍片再生。有证据表明,钙调神经磷酸酶通过控制胚细胞后代分裂的平均数来调节再生期的协调生长。此外,钙调神经磷酸酶在调节生长和比例方面与生物电信号有关。

在这项研究中,构建了鳍截肢模式,以在鳍中产生空腔,并发现斑马鱼鳍仅从鳍的前切缘(ACE)到后切缘(PCE)再生缺失的组织。当PCE无法形成胚泡时,就会发生这种单向再生极性。此外,该研究确定了钙调神经磷酸酶以指定PCE母细胞。PCE中的钙调神经磷酸酶活性高于ACE。钙调神经磷酸酶活性低诱导PCE胚层形成和再生,而钙调神经磷酸酶过度活化抑制其再生。这些发现表明,钙调神经磷酸酶可指定P-D轴的PCE胚层,并调节斑马鱼鳍的再生极性。

参考消息:

https://www.pnas.org/content/118/2/e2009539118

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