白头研究所生物学家揭开了再生的蓝图

通过在头部再生期间去除一个扁虫眼睛创造的三眼平台。图像：Kutay Deniz Atabay / Whitehead Institute

白头研究所的研究人员已经发现了一种可再生的框架，可以解释和预测成年人中的干细胞，再生组织在形成替代结构的位置。

在3月15日在杂志上出现在线的论文中，研究人员描述了一个平面图（FlatWorm）眼睛再生的模型，该模型受到演唱会的三个原则的管辖，这意味着祖细胞在再生中的表现方式。该模型调用创建可伸缩图的位置线索;吸引祖细胞对现有结构的自我组织;源自漫射空间区的祖细胞，而不是精确的位置，允许其路径中的灵活性。这些原则似乎决定了祖细胞如何在再生期间决定在重新创建形式和功能期间去哪里，并且他们将我们更接近对过程的系统级别了解。

从以前的工作来看，研究人员知道干细胞可能读出来自邻近组织的指令以引导他们的道路，并且很明显，该过程面临着再生的一些严重挑战。“我们意识到位置信息必须移动;它需要在再生过程中改变，以便指定要重新生成的新缺失部分。然后，这种修订的信息可以指导正在选择使新结构进行祖的细胞，以在正确的位置区分为正确的解剖学，“这本文的高级作者彼得雷登说，这是一个黑头研究所的生物学教授，一个霍华德休斯医学研究所（HHMI）调查员。“有一个谜题出现了。由于位置信息在再生期间损伤后移动，所以位置信息模式与剩余的解剖结构之间存在不匹配。实现这种不匹配存在是我们研究的触发器。我们想了解如何制作特定组织的干细胞如何决定去哪里和区分。它基于解剖学，还是基于位置信息？当这两件事没有对齐时，他们如何决定？“

Reddien和他的实验室花了十年多十年来揭开使用小扁虫的再生的奥秘，称为平面图。如果平面图的头部截肢，或者其侧被移除，每件件将再生整个动物。为了了解祖先如何决定在动物再生的嘈杂环境中，研究人员使用了林氏眼，一个足够小的可见器官，没有严重损伤，并且具有确定祖细胞分子标记的额外优势。

研究人员设计了一个简单的实验，解决了祖子引发者如何决定去哪里的问题：截肢动物的头部，然后三天从头部删除其中一只眼睛。他们发现的是，祖细胞将在前部（更接近尖端）到剩余眼睛的位置中的新眼睛，而不是在由解剖学规定的“正确”位置，与当前眼睛对称。但是，如果完成了相同的实验，除了从头件中取出的一只眼睛之外 - 当时作为截肢的一天，而不是三天之后 - 有一个不同的结果：新眼根据解剖的位置对称的剩余眼核，在“正确”的位置，这表明当选择是相互矛盾的，解剖自我组织的动态取胜。

这些简单的规则将系统指导成功再生，并且当系统被推到其限制时，产生令人惊讶的结果，产生具有三个，四个和五眼和五眼的替代稳定解剖状态。攻击动物的一侧和截肢头部可以将祖先放置在现有的自我组织的吸引子中，他们错过了它们，使他们能够在头部碎片中核成一个新的吸引子 - 第三只眼睛。“如果迁移的祖管太近是现有眼睛的吸引子，它将吸收它们，就像一个黑洞;如果他们走得太远，他们可以逃脱，“纸上的第一个作者Kutay Deniz Atabay说，Redden Lab的研究生。

当研究人员在一个三眼动物的手术中进行了同样的手术时，祖子会错过现有眼睛的吸引力并形成一个五眼动物。在这些情况中的每一个中，所有的眼睛都在功能上集成到大脑中并表现出平面眼的相同的光避免响应。研究人员还观察到这些替代解剖状态突出，揭示了维持现有和替代解剖结构的规则。“此配方有助于对动物再生的根本问题提供解释，这是迁移祖先的选择如何选择，使系统导致系统来再生和维持器官，”Atabay说。

“这些研究促成了拟议的再生框架，其中竞争力，自组织和外在提示是影响再生中祖先靶向祖的指标的导向性;雷登说，这两支军队在一起决定了结果。

这项工作得到了国家卫生研究院（NIH）和HHMI的支持。MIT总统奖学金计划和国防科学和工程研究生奖学金提供了额外的资金。

出版物：Kutay Deniz Atabay等，等，“自组织和祖先瞄准的普通科学再生中的稳定模式，”2018年3月15日：EAAP8179; DOI：10.1126 / science.aap8179.