任何细胞都能原生质体融合吗（可瞬间激活细胞再生）

任何细胞都能原生质体融合吗（可瞬间激活细胞再生）Benham Pyle描述道，“梦境实验”以及他们最终完成的任务是“在单细胞水平上，在一个再生动物的所有不同细胞类型中，随着时间的推移，对基因表达进行表征。”“在我们知道一些重要的基因之前，再生有点像一个黑匣子，我们可以观察一些基因在截肢和再生过程中是如何整体改变的，但我们不知道动物体内的单个细胞类型是如何改变它们的行为或功能的。这就是这个实验让我们能够描述的。”这是怎么发生的？什么样的细胞类型有助于这种惊人的再生能力？除了干细胞，这显然是重要的，有多少其他类型的细胞是重要的调节这一过程，它们做什么？Stowers医学研究所Sánchez Alvarado实验室成员于2021年9月2日在《Nature Cell Biology》上发表的最新研究为这些复杂问题提供了一些早期答案。“我们已经知道，伤口诱导的表皮和伤口诱导的肌肉在再生过程中起着不同的作用，但我们想了解全局，”主要作者Blair

编辑推荐：研究人员惊奇地发现了罕见的细胞，即在全身再生过程中诱导的状态，称为瞬时再生激活细胞状态（TRACS），并且发现肠道似乎对干细胞的维持和截肢后组织重塑的调节都很重要。

资料来源:Sánchez阿尔瓦拉多实验室

图像说明:一个“地图集”表示捕获了扁形虫再生的细胞复杂性。单个扁虫细胞用点表示，颜色对应于收集时间点，距离代表基因表达谱的相似性。

经常以蚯蚓为诱饵捕鱼的人可能对蚯蚓将头部或尾部切成两半后的再生能力很熟悉。然而，蚯蚓的再生能力虽然令人印象深刻，但和涡虫Schmidtea mediterranea相比，简直是儿戏。这种扁形的虫子是扁形虫的一种，它能从微小的组织碎片中再生出整个动物，这些组织碎片的体积只有动物的1/279。

这是怎么发生的？什么样的细胞类型有助于这种惊人的再生能力？除了干细胞，这显然是重要的，有多少其他类型的细胞是重要的调节这一过程，它们做什么？

Stowers医学研究所Sánchez Alvarado实验室成员于2021年9月2日在《Nature Cell Biology》上发表的最新研究为这些复杂问题提供了一些早期答案。

“我们已经知道，伤口诱导的表皮和伤口诱导的肌肉在再生过程中起着不同的作用，但我们想了解全局，”主要作者Blair Benham Pyle博士解释说。“这是第一项明确发现所有三个胚层（肌肉、表皮和肠道）对截肢都有转录反应的研究，并且伤口附近和远离伤口的两个组织都有助于再生能力。”

“在我们知道一些重要的基因之前，再生有点像一个黑匣子，我们可以观察一些基因在截肢和再生过程中是如何整体改变的，但我们不知道动物体内的单个细胞类型是如何改变它们的行为或功能的。这就是这个实验让我们能够描述的。”

Benham Pyle描述道，“梦境实验”以及他们最终完成的任务是“在单细胞水平上，在一个再生动物的所有不同细胞类型中，随着时间的推移，对基因表达进行表征。”

起初，研究人员考虑使用大规模RNA测序进行实验，以液滴为基础的单细胞测序，即每个细胞封装在带有条形码的脂滴中，然后用条形码裂解以标记所有mRNA，在该实验所需的规模下是不可行的。

但在2017年初，Sánchez Alvarado发现了一份刚发布到bioRxiv的预印本，报告了一种新的单细胞测序方法SplitSeq。经过几次尝试、多次优化以及与分子生物学和细胞仪技术中心团队的故障排除，Benham Pyle成功地将一种新的单细胞测序技术引入Stowers研究所。

在使其发挥作用后，Benham Pyle及其同事捕获了8种不同组织和干细胞室中的近300000个单细胞转录组，比较了能够再生的动物和失去再生能力的动物。

Benham Pyle解释说：“这使我们能够观察整个动物体内所有不同类型的细胞，看看哪些细胞对截肢有反应，以及在这些细胞发生变化并对再生有反应时，哪些基因标记了这些细胞。”。

研究人员发现并描述了来自三个胚层的五种不同的细胞类型，它们在截肢后瞬间改变了转录输出。Benham Pyle说，当富含这些细胞类型的基因被敲除时，“我们发现它们都以不同的方式促进再生，在不同的时间和身体的不同部位被激活。”

他们的一些发现比其他的更出乎意料。例如，肌肉对图案形成很重要，表皮对再生过程中早期干细胞增殖爆发很重要，这并不是那么出乎意料。

然而，研究人员惊奇地发现了罕见的细胞，即在全身再生过程中诱导的状态，称为瞬时再生激活细胞状态（TRACS），并且发现肠道似乎对干细胞的维持和截肢后组织重塑的调节都很重要。

Benham Pyle说：“我没想到肠在受伤后会全面改变其输出量并重塑其功能。但如果你仔细想想，这是有道理的。涡虫通常根据其营养环境来生长身体。吃东西，这会刺激干细胞增殖和新生物量的增加。当你切割动物时，尤其是在极度受伤的情况下，它通常会失去进食的能力。所有的生长和重塑现在都需要由身体计划中已经存在的营养物质来推动。因此，截肢后，肠道改变其功能，从动物体内死亡的细胞中清除物质，并将这些物质转化为再生虫中新的健康细胞。”

获取和理解数据是一项团队工作。

“在疫情期间，我们在丧失了50%研究能力的情况下修订手稿，”Benham-Pyle说。“Sean McKinney和显微镜中心找到了自动化成像的方法，我们开发了一个系统，在这个系统中，我可以一次给他们40到80张幻灯片，包括所有不同的样本和RNAi条件，在夜间运行时成像。他们能够在扫描共焦显微镜上为我们生成数TB的成像数据，这有助于我们获得接受论文所需的巨大提升。他们为显微镜设备设置了很高的标准。”

该研究的其他合著者生物信息学专家Carolyn E. Brewster，他帮助分析了实验产生的数据，并帮助创建了与论文相关的网站；Aubrey M. Kent，她帮助描述了从数据集中出来的第一批RNAi表型（她现在正在跟踪发现影响干细胞室的一些表皮基因）；Frederick G. Mann博士帮助克隆了Benham-Pyle在论文中筛选和鉴定的许多基因；

退一步说，“这篇论文所做的是从全球范围来看，什么样的细胞需要处于一个信号环境中，才能刺激干细胞创造新的组织并替换缺失的组织，”Benham Pyle反映道。

“事实证明，我们鉴定的一些基因，例如在肠道中，也与癌症中的免疫逃避或伤口愈合有关。干细胞在再生过程中用来逃避免疫系统并促进增殖和生长的许多机制可能与肿瘤所选择的机制相同。通过了解哪些非干细胞状态和组织类型有助于创造这种信号环境，我们可能最终找到新的目标，在再生能力有限的情况下刺激健康和正常的伤口愈合，或者限制我们不想生长的东西（如肿瘤）的生长能力。”

“现在我们有了一张地图，我们可以去弄清楚这些细胞是如何相互交流的，它们在做什么，以及它们是如何做的。”

来源：Nature Cell Biology

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