构成表皮的细胞与消化系统内的细胞不具有相同的特性和功能

所有多细胞生物，包括人类、动物和植物，都是由称为分化细胞的特殊细胞组成的。因此，构成表皮的细胞与消化系统内的细胞不具有相同的特性和功能。然而，人们对这些细胞维持其身份的机制仍知之甚少。

日内瓦大学(UNIGE)的一个团队与位于巴塞尔的弗里德里希·米歇尔生物医学研究所(FMI)合作，研究名为Hydra的淡水水螅体，发现了其中一个关键调节因子：转录因子Zic4。在减少Zic4表达后，研究人员发现水螅触手细胞改变了身份，变成了足细胞，在动物的头部形成了功能足。这些结果可以在《科学进展》杂志上找到。

随着生物体的发育，其干细胞会分裂并逐渐产生能够执行一种或多种特定功能的新细胞。这种细胞特化过程称为分化。因此，构成皮肤表面的细胞在形态学和生理学上与构成消化组织或神经系统的细胞不同。在极少数情况下，一些已经分化的细胞可以在其存在期间改变它们的结构和功能，从而改变它们的身份。这个过程称为转分化。

如果分化机制广为人知，那么那些允许特化细胞保持其身份并因此防止其去分化(身份丢失)或转分化(身份改变)的机制仍然是神秘的。为了研究它们，再生器官、四肢或全身的物种是特权模型。在这些生物体中，一些细胞在自我更新和执行新功能之前暂时失去或改变了它们的身份。淡水水螅尤其如此，它是一种平均长度为1.5厘米的小型无脊椎动物，能够在其一生中再生任何被截肢的部分。

确定了一个关键监管机构

日内瓦大学(UNIGE)的研究人员与巴塞尔的弗里德里希·米歇尔生物医学研究所(FMI)合作，使用这种动物模型确定了细胞身份维持的关键调节因子：转录因子Zic4，一种位于水螅细胞的细胞核，负责调节一系列靶基因的表达。

“我们更准确地表明，Zic4在构成触手的细胞的形成和维持中起着至关重要的作用，并且通过减少Zic4的表达，有可能改变这些细胞的组织和功能，”MatthiasChristianVogg解释说，UNIGE科学学院遗传学与进化系和遗传学与基因组学研究所(iGE3)的高级研究和教学助理，也是该研究的第一作者。

通过将Zic4的表达水平降低一半，科学家们发现触手外层的上皮细胞转化为足部上皮细胞。“在水螅中，脚被称为动物的基底盘。组成它的细胞非常特殊：它们分泌粘液，使其能够附着在周围环境中。Zic4还原后，只需要几天时间触手细胞发生转分化的过程，导致脚代替触手的发育，”科学学院遗传学与进化系和UNIGE的iGE3名誉教授BrigitteGalliot说,谁监督了这项研究。

重返摇篮

科学家们还发现，转分化的细胞会提前返回细胞周期，而不会分裂。然后他们失去了他们的第一个身份。“这些细胞重新激活DNA合成过程，从而重新激活染色体复制过程，在细胞增殖过程中起作用，而没有进行有丝分裂，”FMI的初级小组组长、该研究的共同最后作者CharisiosTsiairis解释说。

为了减少Zic4基因的表达，将抑制其表达的分子“电穿孔”到动物的表皮中。“然后，我们通过双重标记检测到触手细胞特有的标记物和同一细胞中足部细胞的标记物，证明这些细胞在经历一个阶段时正在转分化，在这个阶段它们仍然有点触手并且已经一点脚。这个过渡阶段是转分化过程的标志，”科学学院遗传学和进化系以及UNIGE的iGE3的研究助理ChrystellePerruchoud解释道。

这些结果为理解转分化提供了新的关键。它们可以为新疗法铺平道路，以再生人类某些有缺陷的细胞类型。目前，许多问题仍然存在：“Zic4在其他动物中是否发挥相同的作用?进一步降低其表达是否会允许其他细胞类型的产生?我们不要忘记，可能还有其他重要的转分化调节因子有待发现，”BrigitteGalliot总结道。