新的研究揭示了推动涡虫干细胞分化的过程

由于其丰富的干细胞被称为新生细胞，并且能够恢复因损伤而损失的身体部位，这种不起眼的扁虫或扁桃体已成为研究组织和器官再生过程的令人兴奋的模式生物。在两项新研究中，霍华德休斯医学研究所实验室的研究人员，斯托默斯医学研究所的研究员亚历杭德罗·桑切斯·阿尔瓦拉多博士研究了干细胞分化为涡虫皮肤细胞时的复杂过程。

Stowers研究员Elizabeth Duncan博士和她的合作者在2015年12月17日的Cell Reports在线期刊上发表的一项研究中首次提供了对平面染色质调控的第一次深入体内研究。这项研究建立在邓肯关于染色质的研究基础之上 - 染色质是在细胞核内发现的一组DNA，组蛋白和非组蛋白。染色质包装DNA并充当遗传信息的守门人。在染色质调节过程中，酶为细胞的组蛋白添加化学标签，这一过程使基因组区域易于发挥特定的功能。

Duncan通过敲除这些酶在涡虫中的水平来鉴定由两种这样的酶Set1和MLL1 / 2靶向的基因组的关键区域。她发现Set1目标主要与涡虫干细胞群的维持有关，没有这种酶的蠕虫最终死亡。然而，击倒MLL1 / 2产生了截然不同的结果; 这些扁桃体不是丢失干细胞，而是在皮肤上丢失了纤毛，停止了游泳。

接下来，Duncan分离了涡虫细胞并使用染色质免疫沉淀然后进行DNA测序(ChIP-seq)分析了整个基因组中组蛋白与DNA的相互作用。该论文是第一份在平面图中使用该技术的报告。使用ChIP-seq，她标记了酶靶向的基因，揭示了纤毛相关基因的变化发生在新生细胞中。

“这是研究中最大的惊喜，”邓肯说。“在MLL1 / 2的情况下，我并没有特别想到基因会在成体干细胞中受到影响。我可能已经猜到它们会在纤毛所在的上皮组织中受到影响。”

扁桃体中的纤毛类似于人体肺部的纤毛，其有助于排出粘液。Duncan的发现表明，纤毛发生的缺陷，即纤毛的建立过程，可能比思想更早开始，这一发现可能对广泛的人类健康状况产生潜在影响，包括原发性纤毛运动障碍，脑积水，多囊肝和肾脏疾病以及心脏缺陷。

“现在我们认为干细胞可能正在准备自己以后表达纤毛编码基因，因此需要这种酶来确定这种潜力，”她说。她解释说，当这些细胞发生变化很重要时，因为组织细胞中发生的纤毛变化只会影响特定的组织。相反，新生细胞中发生的纤毛变化可能会影响许多类型的组织。

“重要的是要知道MLL1 / 2具有建立后期事件的能力，因为这开辟了一种全新的思维方式。例如，纤毛基因与心脏缺陷有关，但不一定是因为心脏细胞拥有纤毛;这是因为这种变化发生在发展的早期阶段，“邓肯说。“理解这种酶可能会影响纤毛中涉及的整个基因组，这似乎是一个重要的难题。它不仅仅是一个基因;它是它们的完整集合。”

Duncan补充说，与在培养皿中研究它们相比，在体内进行研究提供了“与这些酶相关的生物学的良好，清洁的联系”。

在2015年10月12日在线发表的eLife论文中，第一作者，也在SánchezAlvarado实验室的Kimberly Tu博士及其同事研究了新生血管如何发育成表皮细胞，这些细胞组成了蠕虫的皮肤。该过程涉及一系列步骤，其中在每个阶段表达不同的基因。研究人员发现，编码转录因子的egr-5基因控制着这些标记基因的表达，并在细胞开始分化为表皮细胞时高度表达。当egr-5的活性降低时，它阻止细胞正常分化，并且它们不能制造成熟的皮肤细胞。

“这会破坏表皮的完整性，”图说。“最终动物会因为无法制造新的表皮细胞而死亡。”

这种破坏也表明了扁平动物的应激反应，导致新生细胞过度增殖并分化成其他细胞，包括神经元和肠细胞。该研究结果揭示了egr-5在上皮细胞发育中的关键作用，并揭示了这个看似简单的生物体在工作中的生物复杂性。