广岛大学研究生院统合生命科学研究科附属临海实验所的田川训史所长等人与冲绳科学技术大学院大学的佐藤矩行教授和夏威夷大学的汤姆·亨弗里斯教授组成的研究团队宣布，通过共同研究发现，半索动物“肠鳃类”的头部再生与在脊椎动物哺乳动物中发现的重编程因子有关。研究证明，与重编程因子高度相似的因子在再生过程中细胞分裂显著的区域表达。该成果有望为再生医疗做出贡献。相关内容已经发布在国际科学期刊《Frontiers in Ecology and Evolution》2月15日号上。
图1：表示肠鳃类再生过程的图。A为肠鳃类的正常个体；B为刚刚切断后；C为切断1天后，伤口开始闭合；D为切断3天后，伤口闭合，可以看到箭头处形成了小的再生芽；E为切断5天后，再生芽快速增殖；F为切断7天后，再生芽变成吻部（长箭头）和颈部（短箭头）；G为切断11天后，吻部和颈部再生为与切断前相同的大小。与原来的身体颜色相比，再生部分色素较淡，显得比较透明。
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“肠鳃类”在海里的泥沙中穴居，是类似蚯蚓的无脊椎动物，属于半索动物门，与脊索动物门的人类等脊椎动物关系非常密切，同属于后口动物，在发育模式和基因方面有很多相似之处。肠鳃类广泛分布于从印度洋到包括日本在内的太平洋的珊瑚礁地区，隐藏在浅沙中，因此比较容易采集。其外观与蚯蚓相似，由头部的吻部（前体）和颈部（中体）以及长长的躯干（后体）组成，颜色为黄绿色。肠鳃类为雌雄异体，可以通过性腺的颜色区分。即使被切断或切成小段，也能从切面处再生，约2周就可以再生为一个完整的个体。刚刚再生出来的部分发白，颜色会逐渐变深。
另一方面，关于其再生机理是像涡虫那样基于始终存在的全能干细胞，还是像脊椎动物那样基于再生能力有限的重编程因子等，一直不清楚详细的分子生物学机理。
研究团队首先利用在冲绳县备濑周边采集的“黄殖翼柱头虫”验证了是否与全能干细胞有关。具体来说，将颈部以下的部分切断，观察了后体再生出头部的过程。利用BrdU和EdU试剂调查细胞增殖，在肠上皮观察到明显的细胞分裂，之后在切面也逐渐观察到细胞分裂。而在全能干细胞参与再生的动物中，全身始终都能观察到活跃的细胞分裂。因此推断，“肠鳃类”的再生依赖全能干细胞的可能性比较低。
接下来研究团队验证了重编程因子参与再生的可能性。脊椎动物重编程的关键在于Oct4基因的重新激活，研究发现Sox2等多种因子与此有关。
另一方面，Oct4等因子（Oct4、Sox2、Llf4、Nanog）只存在于脊椎动物中，因此通过基因组序列等探索了来自共同进化祖先的同源基因。确定了与最相似的重编程因子相对应的相似基因。
此外，通过原位杂交法分析表达情况发现，这些因子在再生过程中细胞显著增殖的区域表达。
研究团队将Oct4的同源基因——“肠鳃类”的因子Pf-Pou3导入小鼠ES细胞系，调查了小鼠细胞中能否维持多能性指标基因的表达，确认可以维持。
由此确认，“肠鳃类”和脊椎动物的重编程机理存在共性，阐明这些机理有望为再生医疗做贡献。
田川所长表示：“在人体中，重编程因子可以形成iPS细胞，但未被用于体内的再生。今后如果能通过研究明确‘肠鳃类’是如何激活编程因子的，就有望了解脊椎动物的再生能力有限的原因。”
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
