在海葵中鉴定出前所未知的干细胞群

　　在海葵中发现了一种以前未被识别的干细胞群，这表明这些细胞可能存在于一个共同的刺胞动物祖先中。

　　

新研究发现在淡水水螅（Hydra vulgaris）中，一个单一的干细胞群体负责配子的产生。这群干细胞在海葵中具有令人印象深刻的再生能力。

这种多产的干细胞群-间质干细胞(ISCs) -以前只在水螅动物中被鉴定出来。尽管刺胞门的其他生物也具有再生能力，但它们新细胞的起源仍然是个谜。现在，维也纳大学的一个研究小组在另一种刺胞动物物种——海葵Nematostella vectensis中发现了ISCs单细胞转录组学和转基因报告系帮助研究人员捕获了独特的细胞群。发表在《Science Advances》杂志上的研究结果表明，这组细胞可能出现在一个共同的刺胞动物祖先身上，而不是水螅特有的创新。

在Hydra， ISCs是明显的：它们很大，可以用简单的显微镜识别。“水螅是一袋干细胞，”日内瓦大学（University of Geneva）的系统生物学家Brigitte Galliot说，她没有参与这项研究。

“我们假设它们（在其他刺胞动物中）一定存在，但我们找不到它们，”发育生物学家、该研究的合著者Ulrich Technau说。这导致一些研究人员怀疑发育和再生的细胞，如神经元，起源于干细胞样上皮细胞而不是ISCs。但Ulrich认为，他们找不到这个群体不是因为缺乏细胞，而是因为技术上的限制。他和他的团队在最近发表的论文中克服了这些障碍。

Technau和他的团队把研究重点放在海葵N. vectensis上，因为像水螅一样，这些生物具有令人印象深刻的再生能力。研究人员从单细胞转录组学开始，集中精力识别与一组未分化细胞相关的基因，这些细胞可能含有干细胞。通过检查基因图谱，他们发现了一组被称为纳米的基因，与这些未分化的细胞有关。Nanos基因已知与其他生物的干细胞有关，并且在物种之间是保守的，因此Technau和他的团队认为这些基因可能是海葵干细胞群体的潜在分子标记。在人类中，纳米基因家族仅限于生殖系，但在水螅中，它存在于产生体细胞谱系的干细胞中。

为了追踪和描述干细胞的发育过程，研究人员利用nanos2基因的启动子区域来驱动荧光报告蛋白的表达。

干细胞应该能够分化，但也可以自我更新，分裂，这样它们就可以继续为有机体提供细胞库。在他们的转基因海葵中，Ulrich和他的团队发现，假设的nanos2阳性干细胞是缓慢的循环-缓慢分裂-在三个月的过程中延长了DNA类似物EdU的表达。Galliot说：“有了缓慢循环的细胞，就可以很好地证明它们是干细胞。”

他们的转基因报告系还显示，Nanos2在海葵的雄性和雌性生殖器官以及神经腺细胞类型中都有表达。当研究人员使用CRISPR/Cas9敲除nanos2基因时，他们发现这些动物失去了产生配子的能力。

最后，研究小组收集了足够的证据来确定难以捉摸的ISC种群。在线虫属中发现这些细胞揭示了重要的进化见解：它向研究人员表明，这种干细胞群可能是刺胞动物的一种进化保守特征。

“这不是水螅的发明，因为水螅和线虫，它们彼此相距很远，大约5亿年，”Technau说。“这表明，在所有刺胞动物的共同祖先那里，它们可能已经发育出了这些干细胞。”

与水螅相比，海葵的nanos2细胞更小、更圆，而且似乎在产生不同细胞类型方面更受限制。例如，删除nanos2不会影响再生，也不会像Technau和他的团队最初希望的那样导致神经元的完全丧失。Technau怀疑其他基因，如nanos1，在神经元发育过程中弥补了nanos2的缺失。在未来，他计划产生双敲除，以探索nanos1是否对nanos2起补偿作用。这将揭示哪些干细胞群和相应的基因会产生特定的细胞系。

Galliot说，神经腺谱系的起源仍然是一个悬而未决的问题。“但是，至少[这项研究]朝着一个方向发展，有更多的争论认为可能存在与我们在水螅类动物中发现的间质干细胞相当的细胞。”