Studie deckt genetische Schalter, die Kontrolle der Prozess-Ganzkörper-regeneration

Wenn es um regeneration, einige Tiere in der Lage sind, erstaunliche Kunststücke,–, wenn Sie schneiden Sie das Bein ab ein salamander, es wird wieder wachsen. Wenn Sie bedroht, einige geckos drop Ihre Schwänze wie eine Ablenkung, und das nachwachsen von Ihnen später.

Andere Tiere nehmen den Prozess noch weiter. Planarien-Würmer, Quallen und Seeanemonen kann tatsächlich regenerieren Sie Ihren ganzen Körper nach dem schneiden in der Hälfte.

Leitung von Assistant Professor für Organismische und Evolutionäre Biologie Mansi Srivastava, ein team von Forschern ist zu vergießen ein neues Licht auf, wie die Tiere ziehen aus der Leistung, und entdeckt eine Anzahl von DNA-switches, die angezeigt werden, zu Steuern, Gene, die für Ganzkörper-regeneration. Die Studie ist beschrieben in einem März 15 Papier in der Wissenschaft.

Mit drei-banded panther Würmer testen der Prozess, Srivastava und Andreas Gehrke, post-doctoral fellow an der Arbeit in Ihrem Labor, gefunden, dass ein Abschnitt der nicht-codierenden DNA steuert die Aktivierung eines „master control gene“ genannt frühen Wachstum Antwort, oder AGR. Sobald active, AGR steuert eine Reihe von anderen Prozessen, die durch schalten andere Gene an-oder ausschalten.

„Was wir gefunden ist, dass dies ein master-gen kommt…und die Gene aktiviert, die das einschalten während der regeneration,“ Gehrke gesagt. „Im Grunde, was Los ist, die nicht-kodierenden Regionen erzählen die kodierenden Regionen zu aktivieren oder zu deaktivieren, so dass ein guter Weg, um zu denken, es ist, als wenn Sie wechselt.“

Um diesen Prozess zu arbeiten, Gehrke sagte, die DNA in die Würmer, Zellen, die normalerweise dicht gefaltet und verdichtet, zu ändern, neue Bereiche zur Verfügung, für die Aktivierung.

„Viel, sehr dicht gepackt, Teile des Genoms tatsächlich körperlich stärker zu öffnen, weil es regulatorische Schalter gibt, schalten Gene an oder aus“, sagte er. „So ist eines der großen Ergebnisse in diesem Papier ist, dass das Genom ist sehr dynamisch und ändert sich wirklich während der regeneration als andere Teile, die das öffnen und schließen.“

Aber bevor Gehrke und Srivastava verstehen konnte die dynamische Natur des Wurm-Genoms, hatten Sie zu montieren in der Sequenz-kein einfaches Unterfangen an sich.

„Das ist ein großer Teil dieses Papiers –, die wir veröffentlichen, das Genom dieser Tierart, das ist wichtig, weil es der erste aus diesem phylum,“ Srivastava sagte. „Bis jetzt gab es keine vollständige Genom-Sequenz zur Verfügung.“

Und es ist auch bemerkenswert, sagte Sie, weil die drei-banded panther Wurm stellt ein neues Modell für die Untersuchung der regeneration.

„Frühere arbeiten auf andere Art uns geholfen, zu lernen, viele Dinge über die regeneration“, sagte Sie. „Aber es gibt einige gute Gründe, die für diese neuen Würmer, von denen eine ist, dass Sie in eine wichtige phylogenetische Stellung, so wie Sie sind, mit anderen Tieren…können wir Aussagen über die evolution.

„Der andere Grund ist, Sie sind wirklich große Labor-Ratten“, fuhr Sie Fort. „Ich sammelte Sie in dem Gebiet in Bermuda eine Reihe von Jahren, während meines post-doc, und da haben wir brachten Sie ins Labor, Sie sind zugänglich viel mehr Werkzeuge als manche anderen Systeme.“

Und während diese tools können demonstrieren die dynamische Natur des Genoms während der regeneration — Gehrke war in der Lage, zu identifizieren, so viele wie 18.000 Regionen, die Veränderung-was wichtig ist, sagte Sie, ist, wie viel Bedeutung er in der Lage war, eine Ableitung von der Sie studiert.

Die Ergebnisse, die Sie sagte, zeigen, dass AGR-verhält sich wie ein Hauptschalter für die regeneration-wenn es eingeschaltet ist, können andere Prozesse stattfinden, aber ohne Sie passiert nichts.

„Wir waren in der Lage, verringern Sie die Aktivität dieses Gens, und wir fanden, dass, wenn Sie nicht über AGR, nichts passiert,“ Srivastava sagte. „Die Tiere können einfach nicht regenerieren. Alle diejenigen, die nachgeschaltete Gene nicht einschalten, so dass die anderen Schalter nicht funktionieren, und das ganze Haus dunkel wird, im Grunde.“

Während der Studie neue Informationen über, wie der Prozess funktioniert in worms, es kann auch helfen zu erklären, warum es nicht funktioniert bei Menschen.

„Es stellt sich heraus, dass die AGR, das master-gen, das andere Gene ein-und ausgeschaltet werden downstream vorhanden sind, in anderen Arten, einschließlich des Menschen,“ Gehrke gesagt.

„Der Grund, warum wir genannt, dieses gen in der Würmer AGR ist, weil wenn man sich die Sequenz, es ist ähnlich wie ein gen, das bereits untersucht bei Menschen und anderen Tieren“, Srivastava sagte. „Wenn Sie menschliche Zellen in eine Schüssel und stress, ob es mechanisch oder setzen Sie Giftstoffe auf Sie, werde Sie AGR-express sofort.

„Die Frage ist aber: Wenn Menschen schalten AGR, und nicht nur einschalten, sondern es tun, wenn unsere Zellen verletzt, warum können wir nicht regenerieren?“ Srivastava sagte. „Die Antwort könnte sein, dass, wenn die EGR ist der power-Schalter, die wir denken, dass die Verkabelung anders ist. Was AGR spricht in menschlichen Zellen kann anders sein als das, was es ist, zu reden in die drei-banded panther Wurm, und dem, was Andrew getan hat mit dieser Studie ist es, kommen mit einem Weg, um an dieser Verkabelung. So wollen wir herausfinden, was diese verbindungen, und klicken Sie dann anwenden, um anderen Tieren, einschließlich der wirbeltiere, die nur mehr beschränkt regeneration.“

Vorwärts gehend, Srivastava und Gehrke sagte, Sie hoffe, zu untersuchen, ob der genetische Schalter aktiviert, während der regeneration sind die gleichen wie diejenigen verwendet werden, während der Entwicklung und fortsetzen zu arbeiten, um besser zu verstehen, die der dynamischen Natur des Genoms.

„Nun, wir wissen, was die Schalter sind für die regeneration, wir sind auf der Suche auf den beteiligten switches in der Entwicklung, und ob Sie die gleiche“, Srivastava sagte. „Tun Sie nur tun Entwicklung wieder, oder ist ein anderer Prozess beteiligt?“

Das team arbeitet auch auf das Verständnis der genauen Möglichkeiten, die AGR und andere Gene aktivieren, die regeneration, die sowohl für die drei-banded panther Würmer, und für andere Arten als gut.

Am Ende, Srivastava und Gehrke sagte, die Studie betont den Wert nicht nur im Verständnis des Genoms, aber das Verständnis all der Genom — die nicht-Kodierung sowie coding-Teile.

„Nur etwa zwei Prozent des Genoms macht die Dinge wie Proteine,“ Gehrke gesagt. „Wir wollten wissen: Was ist mit den anderen 98 Prozent des Genoms tun, während Ganzkörper-regeneration? Die Leute haben seit einiger Zeit bekannt, dass viele DNA-Veränderungen, die Krankheiten verursachen, sind in nicht-kodierenden Regionen…aber es wurde unterschätzt, die für einen Prozess wie die Ganzkörper-regeneration.

„Ich denke, wir haben gerade erst an der Oberfläche gekratzt“, fuhr er Fort. „Wir haben uns angeschaut, einige dieser Schalter, aber es gibt einen ganz anderen Aspekt, wie das Genom ist die Interaktion auf einem größeren Maßstab, und nicht nur wie Stücke öffnen und schließen, und all das ist wichtig für die Dreh-Gene an-und ausschalten, so dass ich denke, es gibt mehrere Ebenen dieser rechtlichen Natur.“

„Es ist eine sehr Natürliche Frage mit Blick auf die Natürliche Welt und denken, wenn ein gecko kann dies tun, warum nicht ich“, Srivastava sagte. „Es gibt viele Arten, die sich regenerieren kann, und andere, die es nicht kann, aber es stellt sich heraus, wenn Sie vergleichen die Genome über alle Tiere, die meisten der Gene, die wir haben, sind auch in die drei-banded panther Wurm…so denken wir, dass einige dieser Antworten sind vermutlich nicht gekommen, um von, ob oder nicht, bestimmte Gene vorhanden sind, sondern davon, wie Sie verdrahtet sind oder miteinander vernetzt sind, und dass die Antwort darauf kann nur kommen aus dem nicht-kodierenden Teil des Genoms.“

Diese Forschung wurde unterstützt mit Mitteln aus der Milton-Fonds an der Harvard-Universität, die Searle Scholars Program, the Smith Family Foundation, der National Science Foundation, der Helen Hay Whitney Stiftung, Human Frontier Science Program, die National Institutes of Health die Biomedizinische Großes Training Program, UC Berkeley, die Marthella Foskett Braun Stuhl in den Biologischen Wissenschaften, und dem Howard Hughes Medical Institute.