「再生」也可能長歪?科學界首度證實:動物的再生記憶可被改寫

作者 | 發布日期 2019 年 11 月 28 日 14:05 | 分類 生物科技 follow us in feedly


電影《死侍》中主角身體受損後可以完全恢復成原本的樣態,現實生活中許多脊索動物如蠑螈和斑馬魚也具備相同強大的再生能力,但是為什麼這些動物總是可以再生一模一樣的組織?中研院細胞與個體生物學研究所陳振輝助研究員表示:「這是一個困擾生物學家超過百年的有趣問題。」

陳振輝及其研究團隊的最新研究成果發現,經由調控特定基因的活性,可以改寫「再生記憶」。當「再生記憶」受到影響後,斑馬魚再生的新尾鰭可以出現不同的大小和形狀。這是科學家首次證實再生記憶可以被改寫,此基礎研究的發現有機會幫助「再生醫學」的發展。此研究已於 11 月 27 日刊登於國際期刊《當代生物學》(Current Biology)。

從 18 世紀時義大利的生物學家 Lazzaro Spallanzani 第一次描述「再生記憶」(經由重複切除蠑螈的四肢和尾巴)開始,科學家至今對於「再生記憶」的了解仍相當有限。為什麼再生後新生的複雜組織,不論大小、形狀或是長度,總是和原有的組織一模一樣?曾經有科學家為測試這個現象,在 11 個月內重複切除斑馬魚的尾鰭 27 次,結果發現每次新生的尾鰭與切除前完全相同。還有科學家在 16 年間,重複移除同一隻蠑螈眼球的水晶體 18 次,結論是再生出來的新水晶體組織和原先的組織亦完全相同。對於「再生記憶」儲存的格式、儲存的位置或是記憶提取的方法,直到現在仍然是科學家積極探討的研究課題。

陳振輝帶領研究團隊透過大規模隨機基因突變的方法,發現「再生記憶」受到影響的斑馬魚。接著經由高解析度的基因定位分析和遺傳學的互補測試,找到再生記憶受損的斑馬魚其突變點所在的位置。此突變點位在一個特定的基因「DNA 聚合酶阿爾法次單元 2(DNA polymerase alpha subunit 2,pola2)」。此基因的活性對細胞遺傳物質的複製分裂有直接的影響。實驗發現,藉由調控 pola2 的活性,可以有效改寫再生記憶。使成年斑馬魚在受傷後,再生出縮小版的尾鰭或是魚鱗,且被改寫後的再生記憶可以長期穩定存在,控制往後受傷後新生組織的大小與形狀。

經由與中研院細生所蘇怡璇副研究員和臨海研究站主任游智凱副研究員合作,他們進一步發現類似的機制也會影響頭索動物文昌魚和環節動物水蚯蚓的再生反應,在受傷後會長出縮小版的尾巴和頭部體節。因此,相關的細胞及分子調控機制,可能同時控制著脊椎動物和無脊椎動物的再生記憶。這項研究成果不僅發現可以影響再生記憶的關鍵基因、探討了再生記憶儲存的位置、更提出再生記憶提取的新模型。也因此過去基於「再生記憶不可能被改寫」所提出的模型和假說需要重新探討或修正。

此研究由中研院、科技部及美國國家衛生研究院(NIH)支持,研究團隊包括王盈婷、曾子倫、郭又嘉、游智凱、蘇怡璇、杜克大學的 Dr. Ken Poss 及陳振輝。研究論文標題為〈Genetic reprogramming of positional memory in a regenerating appendage〉。

(首圖來源:Oregon State University [CC BY-SA 2.0], via Wikimedia Commons