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再生医学与NMT非损伤微测技术(3)离子流/组织极性/非对称基因表达

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xuyue2017
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2018-07-25, 11:24
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 作者:许越

 

尽管早在1905年,科学家Morgan就提出,细胞/组织外部的某些扩散性物质构成的特殊空间信息决定了组织的极性和分化方向。

 

但是,直到1997年,才由NMT(非损伤微测技术)的创始人员,Jaffe Nuccitelli利用早期NMT技术观测到了,组织/细胞的电学极性来源于带有位置和方向信息的,离子和电场的非对称分布。而这种电学极性必须靠它们外部电流/离子流动来维持。

 

2003年哈佛牙医福塞斯研究所(Harvard School of Dental Medicine Affiliate The Forsyth InsituteDr. Michael Levin实验室的Tim Hsiau,应用扁形虫(也叫扁平虫)对离子通道和离子泵在组织再生过程中的作用进行了药理学研究。通过药物筛选的方法,他们证明了有些离子通道活性是组织正常再生的必要条件(见图2和图4)。

 

(图2)

 

 比如,如果EAGK+通道受到抑制,那么组织再生的起始过程将被终止;而如果H+ / K+-ATP泵和电压依赖性K+通道受到抑制,则会引起再生眼睛的缺陷。即:K+的信号传导和K+诱发的电压差在组织再生中起着重要的作用。

 

(图4)

 

该研究人员还进一步提出了离子流/梯度应该可以下面的几个潜在机制来引发非对称的基因表达。

 

1)这些离子流及其产生的电场可以传递位置信息;

2)离子流/梯度可能以静电的形式吸引带电荷的成形素(morphogens),比如:Ca2+,肌醇三磷酸(inositol triphosphate);

3)离子流/梯度的非对称分布有可能会激活电压控制的细胞间隙,从而引发细胞间通讯的发生。

 

而不管前期的诱因是什么,后来的成形素便触发了一系列连锁反应,最终导致基因的不同表达。这些步骤包含着极为复杂的细胞间通讯及相互间的准确协调。

 

他们的实验证明了,细胞/组织外的离子流,及其导致的电场差异,在组织再生里起着重要的作用。而这正是NMT可以充分发挥其作用的地方。

 

 

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参考文献:

  • "Ion Channel and Pump Function in Planarian Regeneration" by T Hsiau - ‎2003

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