科学家捕获了可以再生整个扁虫的难以捉摸的细胞

Stowers医学研究所的研究人员已经捕获了一个能够再生整个生物体的细胞。一个多世纪以来，科学家们已经目睹了这种细胞奇迹的影响，这种奇迹使得像涡虫扁虫这样的生物能够进行像死亡头部再生一样的死亡专长。但直到最近，他们还没有必要的工具来定位和跟踪这个细胞，因此他们可以观察它并发现它的秘密。

现在，通过开创一项结合基因组学，单细胞分析，流式细胞术和成像技术的技术，科学家们已经将这种惊人的再生细胞 - 长期研究的成人多能干细胞的一种亚型 - 在它发挥其显着作用之前进行了分离。该研究结果发表在2018年6月14日的“细胞”杂志上，可能会推动对高度再生生物体(如涡虫)的生物学研究，并为其他生物体(如再生能力较低的人类)提供再生医学研究。

“这是第一次前瞻性地分离成人多能干细胞，”Stowers研究所和霍华德休斯医学研究所的调查员，该研究的高级作者AlejandroSánchezAlvarado博士说。“我们的发现基本上说这不再是一种抽象，真正有一个细胞实体可以恢复失去它的动物的再生能力，而且这种实体现在可以被活化纯化并进行详细研究。”

每个多细胞生物都是由一个细胞构建的，它分成两个相同的细胞，然后是四个细胞，依此类推。这些细胞中的每一个都包含完全相同的扭曲DNA链，并且被认为是多能的 - 这意味着它可以在体内产生所有可能的细胞类型。但是在这个过程中的某些地方，那些被称为胚胎干细胞的起始细胞使自己屈服于不同的命运，成为皮肤细胞，心脏细胞，肌肉细胞或其他细胞类型。在人类中，出生后没有已知的多能干细胞。在涡虫中，它们会长期存在于成年期，在那里它们被称为成体多能干细胞或成神经细胞。科学家认为这些新生物体具有再生的秘密。

虽然自18世纪后期以来新生物已成为科学探究的主题，但仅在最近几十年，科学家们才能够利用功能分析和分子技术来描述这种强大的细胞群。他们的努力表明，这种看似同质的细胞群实际上是不同亚型的聚集体，具有不同的特性和不同的基因表达模式。

SánchezAlvarado说：“我们可能不得不将一百多个单个细胞移植到尽可能多的蠕虫体内，以找到一个真正多能的细胞，并能再生这种细胞。”“这是一项很多工作，只是找到一个符合真正成纤维细胞功能定义的细胞。如果我们想通过识别细胞表达的基因来分子定义它，我们必须破坏细胞进行处理。没有办法做到这一点，并保持细胞活着，以便在再生过程中跟踪它。“

SánchezAlvarado和他的团队开始寻找一种可以提前识别这个难以捉摸的细胞的独特特征。长期以来用于区分新生细胞和其他细胞的一个特征是称为piwi-1的干细胞标记，因此博士后研究助理An Zeng博士决定从那里开始。首先，他将表达该标记的细胞与未标记的细胞分开。然后他注意到细胞可以分成两组 - 一组表达高水平的piwi(恰当地称为piwi-high)，另一组表达低水平的piwi(称为piwi-low)。当曾梵志研究这两个群体的成员时，他发现只有那些高度适合新生物的分子定义的群体。所以他放弃了其余的。

“这种对基因表达和蛋白质水平的同步定量分析以前从未在涡虫中进行过，”SánchezAlvarado说。“如果没有Stowers的惊人的科学支持设施，我们不可能做到这一点，包括分子生物学，流式细胞术，生物信息学和成像组。许多研究人员认为所有表达piwi-1的细胞都是真正的新生细胞，而且它没有他们表达了多少标记物。我们发现它确实很重要。“

接下来，Zeng选择了8,000个左右的piwi-high细胞并分析了它们的基因表达模式。令他惊讶的是，细胞不仅仅落入一两个，而是12个不同的亚群。通过一个消除过程，Zeng排除了任何具有基因特征的亚组，这些亚组表明细胞注定了特定的命运，如肌肉或皮肤。这让他留下了两个可能仍然是多能的子组，他将其命名为Nb1和Nb2。

方便地，亚组Nb2中的细胞表达编码四跨膜蛋白家族成员的基因，该基因是一组进化上古老且知之甚少的蛋白质，位于细胞表面。Zeng制造了一种抗体，可以锁住这种蛋白质，将携带它的细胞从其他可疑成神经细胞的混合物中拉出来。然后，他将单个纯化的细胞移植到已经受到致命水平辐射的涡虫中。这些细胞不仅重新繁殖并拯救受辐射的动物，而且它们比通过旧方法纯化的细胞更加一致。

“我们已经丰富了多能干细胞群，这为以前无法​​实现的大量实验打开了大门，”SánchezAlvarado说。“我们发现的标记不仅表现在涡虫中，而且表达在人体中这一事实表明我们可以利用一些保守的机制。我希望这些第一原理将广泛适用于任何依赖干细胞成为生物体的生物体。他们今天是什么。这基本上就是每个人。“