让水螅长出了9个脑袋的基因,可能隐藏着癌

通过敲除一个基因，水螅居然长出了多个脑壳，就仿佛翻开了一个“开关”相同。

做家

王钰

审稿

北京大学分子医学协商所汪阳明教导

近来，颁发在《当然》杂志上的一项协商，获患了使人惊异的结束：瑞士日内瓦大学的生物学家布里吉特.加利奥特（BrigitteGalliot）率领的团队，让一种动物长出了多个脑壳，就像希腊传奇中的“九头怪”！科学家是如何做到这一点的？这项协商关于咱们领会性命的玄妙，关于疾病的医治又有甚么意义呢？让咱们来认识一下。

这是一种甚么样的动物？

瑞士日内瓦大学的科学家用做协商目标的动物原本特别小，是一群“身高”不到1厘米的异形小动物——水螅（Hydra）。水螅是一种无脊椎腔肠动物，它们大多生计在含氧量足够的淡水中，譬喻田间水质洁净的池洼，而池洼中的一些水蚤，恰是它们当然的美食。

看似过着闲适生计的水螅，它们的成长和繁衍本事足以秒杀地球上的一共的生物。水螅不单也许做到“永生不老”，还也许做到“永葆芳华”。它们体内的干细胞也许不停分割，也就象征着水螅也许不停革新本人的体细胞，而后“回复芳华”。与此同时，它们的繁育本事丝绝不遭到年齿的影响，而且当外界处境产生较大变动时，水螅以至也许一反通常无性繁衍（出芽繁殖）的常态，翻开有性繁衍的大门，形成更多康健的后代，堪称生计和繁衍本事爆表，因而它们也做为科学家协商长命和癌症的急迫熟练目标。

图注：当然形态下的水螅，生计和繁衍本事爆表，图中看来出芽（无性繁殖）

水螅是如何长出九个脑壳的？

加利奥特历久努力于细胞生物学和发育生物学周围的协商，颁发了近百篇高程度论文。早在年，加利奥特教导就发掘一个名为WNT3的卵白所参加的记号通路，关于水螅头部的更生表现重视要的效用；但是在那时，加利奥特和共事并不明晰，是甚么机制管束上述细胞记号通路的行动，从而调控水螅头部的更生进程。因而，在从前近10年中，他们延续努力于探究这个题目。时候一转，到达年，加利奥特团队终究取患了冲破性先进。他们在水螅体内找到了一个名为Sp5的基因，而且发掘，只需在肯定程度上统制该基因的表白，就也许让水螅长出多个脑壳。这是如何回事呢？

现实上，从生物学机制上来看，让水螅长出多个脑壳的进程并不繁杂。在WNT3卵白参加的记号通路中，一个叫做β-catenin的卵白在个中起到了很大的效用。β-catenin这类卵白也许投入细胞核中，增进细胞源源不停地临盆水螅头部更生所须要的卵白。这也是WNT记号通路关于生物体成长发育罕见的效用方法。不过β-catenin很轻易在细胞中被“歼灭”（被其余卵白降解），这时刻，WNT3卵白起到了对β-catenin“保驾护航”的效用，它将β-catenin从“歼灭”它的蛋徒手中抢救出来。如许，未被降解的β-catenin就也许持续留在细胞中表现它的生物学成效了。

但在寻常情景下，水螅头部的成长和发育并不会胡做非为，当然成长的水螅惟有一个头部。因而，加利奥特团队料想，必然存在一个开关相同的生物机制，也许管束WNT3记号通路的盛开和并拢，以保证水螅头部寻常的成长和发育。基于这个主意，他们采取了头部发育处于强大时间的水螅做为协商目标，而后行使生物本领手法，屡次挑选，终究找到了Sp5这个基因。

图注：在水螅体内，WNT3为β-catenin保驾护航，而β-catenin可增进水螅头部更生，但寻常情景下这类效用会被统制

加利奥特团队在协商中发掘，Sp5基因编码的卵白也许统制编码WNT3卵白的基因，使其不能形成充足的WNT3卵白，因而β-catenin也就落空了为本人“保驾护航”的火伴。如许，Sp5基因编码的卵白就在肯定程度上禁止了β-catenin投入细胞核内，从而致使细胞不能临盆让水螅头部更生的卵白了。

更有事理的是，Sp5基因也会遭到β-catenin的调动。也即是说，编码WNT3、β-catenin卵白的基因，以及Sp5基因，它们三个之间的互相效用构成了一个轮回，Sp5也许统制WNT3卵白的基因，WNT3卵白会爱护β-catenin卵白，β-catenin卵白又会增进Sp5基因的表白。当这个轮回寻常运行时，水螅头部就会寻常发育。不过，这个轮回一旦被打断，水螅头部的发育就会出题目。

图注：水螅体内的调动圈（绿色箭头代表“增进”，血色箭头代表“统制”）；当轮回被攻破时，水螅的头部发育涌现题目（右侧展现了三种不同的多头情景）

为了考证这一遐想，加利奥特团队别离在不同的水螅中，敲除了编码β-catenin的基因和Sp5基因。获得的水螅形状与上述理论料想至极一致：敲除β-catenin的基因，水螅头部的发育会变得慢慢；而敲除Sp5基因后，则形成了让人震动的结束-没有了统制要素，水螅头部的发育变得猖狂起来，有些水螅以至长出了九个脑壳！

图注：电子显微镜下长着多个头部的水螅

那末，这个使人震动的结束，关于生物学其余周围有甚么启发呢？

这项协商有甚么启发？

要答复这个题目，咱们的留神力须要回到WNT3记号通路本人。现实上，WNT3卵白是一个卵白大类中的一员，咱们把这一类卵白叫做WNT卵白家眷。这个卵白家眷在悠久的衍化进程中特别保守——保守的事理是，固然生物体通过了万古间的衍化，但这个卵白家眷没如何变换。因而，WNT卵白家眷的成员地址的记号通路，在许多生物体中都存在，而且都与成长发育相关。

更有事理的是，WNT卵白家眷首先是在小鼠的乳腺癌细胞中被发掘的——一些科学家发掘，当小鼠得了乳腺癌时，WNT卵白家眷成员的活性会显著激昂。尚有科学家发掘，倘使在小鼠的胚胎时间敲除编码WNT卵白的基因，那末小鼠的发育就会不健康。后续协商还发掘，WNT卵白家眷对神经系统的发育也很急迫。从这些协商也许看出，WNT卵白家眷，以及它们所参加的记号通路，不单与多种生物体的成长发育相关，还与肿瘤的产生先进存在干系。打个比如，WNT记号通路就像在战地中指派战士攻击的进攻号，给细胞发出“上前冲”的记号和指令。不过，即即是发育中的生物体也不能任性成长，就像交战也须要恰当的引导，倘使没有引导，只领会进攻，结尾结束兴许惟有壮烈的殉国。

破凶徒类康健的癌症，即是人体细胞成长凌乱致使的，个中一个或者的起因即是WNT记号通路在这些癌细胞中过分活泼，使癌细胞攻破了人体内细胞寻常的成长节律，侵吞周边细胞所须要的养料，不受管束地拼死增殖，结尾拖垮人体。

既然在水螅中，Sp5基因的存在，也许统制头部过分发育的偏向，那末在其余生物体内，这个基因是不是也存在，而且也具备相仿效用呢？带着这个题目，加利奥特教导团队在协商了水螅后，又对其余物种的细胞停止认识析，结束发掘，在人类和斑马鱼细胞中，都存在Sp5基因和WNT记号通路。

加利奥特团队获得的结束，给咱们最急迫的一个提醒即是，兴许科学家也许坚固Sp5基因的表白，从而巩固它对癌细胞中WNT记号通路的统制效用，抵达统制或医治癌症的方针。

原本，相仿的基因疗法，包含最新的基因编纂本领，都在科学家的斟酌界限内，由于比拟于保守的放疗、化疗手法，基因疗法更正确，也能减弱病人的困苦。不过，由于生物体至极繁杂，许多基因的成效及其互相效用咱们都没有协商正确，是不是能行使Sp5基因的统制效用来医治癌症，还须要科学家持续协商。

参考文件：

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