斯特沃斯医学研究所的科学家近期发现,两个特定基因如何调控斑马鱼感觉细胞的再生过程。这一发现深化了人们对斑马鱼再生机制的理解,并为未来研究哺乳动物(包括人类)的听力损失和再生医学提供了新思路。
"哺乳动物(如人类)的内耳毛细胞无法再生,"该研究共同作者、斯特沃斯研究所研究员塔季扬娜·皮奥特罗夫斯基博士表示,"随着年龄增长或长期暴露于噪音环境,我们的听觉和平衡能力会逐渐丧失。"
该团队于2025年7月14日发表在《自然-通讯》的研究,揭示了细胞分裂调控的双重机制:既能促进毛细胞再生,又能维持干细胞稳定供给。研究发现,两个不同的周期蛋白D(cyclinD)基因分别控制斑马鱼感觉器官中两种关键支持细胞的增殖。
斑马鱼侧线系统中的神经丘(neuromast)是研究再生的理想模型。每个神经丘包含核心的毛细胞和外围的支持细胞,其中边缘的活性干细胞和中央的祖细胞通过对称分裂实现持续再生。研究人员通过单细胞测序技术发现,两类支持细胞群体分别表达特异性的cyclinD基因。
基因编辑实验显示:当祖细胞特异性cyclinD基因失活时,其增殖能力消失但仍可分化为毛细胞;而干细胞特异性cyclinD基因若在祖细胞异位表达,则可恢复其分裂能力。这种独立调控机制表明,器官内不同细胞群体可能具有独特的增殖调控网络。
华盛顿大学斑马鱼侧线系统专家大卫·雷布尔博士评价道:"这项工作揭示了维持干细胞库与促进再生之间的精妙平衡机制,为探索哺乳动物类似机制提供了新视角。"研究团队指出,由于cyclinD基因在肠道、血液等人类组织增殖调控中同样关键,该发现可能具有更广泛的生物学意义。
值得注意的是,斑马鱼再生研究已揭示多个关键信号通路的作用。早期研究表明Wnt/β-catenin通路通过抑制GSK-3β等负调控因子促进Müller胶质细胞去分化,而Notch信号通路则与Fgf协同调控毛细胞再生过程中的增殖平衡。这些发现与本次发现的cyclinD调控网络共同构建了再生机制的完整图景。
研究团队计划进一步探索:1)不同cyclinD亚型在细胞周期调控中的分子机制;2)哺乳动物支持细胞中是否存在类似调控网络;3)如何通过基因编辑技术激活人类细胞的潜在再生能力。
该研究由美国国立卫生研究院(资助号:1R01DC015488-01A1)、听力健康基金会和斯特沃斯医学研究所共同支持。
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Materialsprovided byStowers Institute for Medical Research.Note: Content may be edited for style and length.
Journal Reference:
Mark E. Lush, Ya-Yin Tsai, Shiyuan Chen, Daniela Münch, Julia Peloggia, Jeremy E. Sandler, Tatjana Piotrowski.Stem and progenitor cell proliferation are independently regulated by cell type-specific cyclinD genes.Nature Communications, 2025; 16 (1) DOI:10.1038/s41467-025-60251-0