涡虫是淡水扁虫，已成为研究再生和干细胞的关键模型，因为它们可以再生身体的任何部位，甚至是头部。但是动物如何知道它身体的哪个部分缺失以及它需要什么样的组织来再生呢?

巴塞罗那大学遗传学，微生物学和统计学系以及UB(IBUB)生物医学研究所的研究人员研究了这些动物的再生过程，并确定了细胞间信号通路Wnt的调节如何修饰染色质，染色质是细胞在细胞核中拥有的一组遗传物质。截肢后几个小时，这种机制让伤口干细胞知道新组织的命运。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上，涉及安达卢西亚发育生物学中心(CABD)，塞维利亚巴勃罗德奥拉维德大学和东英吉利大学(英格兰诺里奇)的研究人员。

基因组研究

涡虫令人难以置信的可塑性是由于存在多能成体干细胞(neoblasts)而发生的，这些干细胞能够在生物体中复制任何类型的细胞。截肢后，当必须再生新组织时，有一个时间窗口，在这些时间窗口内，这些多能细胞的一切皆有可能，并且根据细胞在切割发生的地方接收的信号，确定这些细胞的目的地。

此过程的第一步是指定身体轴，例如前后轴，它定义了头部和尾部的位置。

为了了解这种现象是如何发生的，研究人员对头部和尾部截肢后伤口附近的细胞进行了基因组研究。使用ATAC-seq和Chip-seq技术，研究人员能够分析在给定时间(在这种情况下，截肢后十二小时)在这些组织中可访问或无法访问的基因组区域。

“只有开放区域才能进入负责基因表达的转录因子。因此，这些研究使我们能够知道切开十二小时后伤口细胞中激活了哪一组基因，以及它们在涡虫的前部和后部之间是否不同，“生物学系讲师Teresa Adell说。

抑制或激活Wnt通路以再生头部或尾部

结果显示，截肢十二小时后，染色质 - 细胞核内遗传物质的集合 - 根据伤口附近的细胞是否检测到它们需要再生头部或尾部来改变构象。此外，他们表明，调节细胞基因表达的染色质组成的变化取决于细胞信号通路 - Wnt通路 - 是否被激活。

“如果需要头部，Wnt通路就会受到抑制;如果需要尾巴，则将其激活。此外，染色质组成的这种变化发生在切割后十二小时;新的组织尚未被制造出来，但细胞已经知道要遵循什么过程，“研究人员指出。

与其他生物的异同

了解涡虫的这种再生对于理解其他生物体的这一过程很重要，因为允许器官和组织正确再生的分子机制在进化上是保守的，即它们在所有动物中都非常相似。从这个意义上说，以前的研究已经表明，Wnt途径的调节负责在胚胎发育和成年动物再生期间指定许多生物体(包括哺乳动物)的前后轴。

“我们的研究揭示了涡虫和其他动物的机制：Wnt途径指定了表达哪些基因，因此指定了细胞目的地，因为它们从再生的第一刻起就调节染色质构象，”Teresa Adell指出。

此外，这项研究的结果也突出了与其他动物的差异。“我们的研究验证了这样一种观点，即像涡虫这样可塑的生物体具有高度活跃的细胞间信号通路，就好像它们是胚胎一样，这意味着环境的任何变化都可以改变细胞的命运。例如，这与哺乳动物不同，哺乳动物的细胞可塑性受到更多限制，“研究人员说。

Risks of cell reprogramming

就人类和这项基础研究未来可能的生物医学影响而言，研究人员强调，其影响“不是直接的，而是概念上的”：“在这项研究中，我们表明再生能力与细胞重新编程以改变其命运的能力有关。因此，提高人类再生能力的一种策略可能是激发细胞重编程，“Teresa Adell说。

无论如何，研究人员对这种策略持谨慎态度，并警告它可能会产生不良影响，例如肿瘤转化。“在确实再生的动物模型中，已经表明必须激活才能再生的信号，例如Wnt途径，也是那些在错误激活时促进肿瘤过程的信号。通常情况下，没有什么是绝对的好或坏，这取决于我们所处的环境，“ 她总结道。

研究期间进行的所有基因组分析结果均已整合到PlanExp开放获取平台中，目的是共享信息并促进科学界的数据分析。