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科学家绘制了内部鱼肠的基因组图谱

科学家在肠道内壁发现了一个基因和基因调控元素网络,从鱼类到人类都保持着相同的基础。许多这些基因与人类疾病有关,例如炎症性肠病,糖尿病和肥胖症。该研究结果发表在PLOS Biology期刊上,将鱼作为一个实验平台,用于研究这种古老的遗传信息如何蒸馏超过4.2亿年的进化 - 控制肠道的发育和功能障碍。

科学家绘制了内部鱼肠的基因组图谱

“我们的研究揭示了脊椎动物进化过程中保存良好的肠道生物学方面,表明它们对肠道健康至关重要,”该研究的高级作者,副教授John F. Rawls博士说。杜克大学医学院的分子遗传学和微生物学。“通过这样做,我们为非人类模型系统中的肠道生物学机制研究奠定了基础,如鱼类和老鼠,这些系统在人类中是不可能完成的。”

肠道具有所有脊椎动物共有的各种重要功能。它吸收营养,刺激免疫系统,处理毒素和药物,并为微生物提供关键屏障。肠道内肠上皮细胞的缺陷与越来越多的疾病有关,包括炎症性肠病,结肠直肠癌,食物过敏,糖尿病,肥胖,营养不良和感染性腹泻。

几十年来,科学家依靠动物模型收集有助于对抗人类疾病的肠上皮细胞的信息。但目前尚不清楚这些细胞在多个物种中的相似性。

在这项研究中,罗尔斯和他的团队使用比较生物学方法来解决这个问题。研究助理Colin R. Lickwar博士及其同事从四个进化上遥远的物种的肠上皮细胞中产生了全基因组数据:斑马鱼,棘鱼,小鼠和人类。Lickwar随后为每个物种创建了地图,不仅描绘了所有基因的活动水平,还描绘了打开和关闭这些基因的特定基因序列或调控元件的位置。

Lickwar惊讶地发现不同脊椎动物物种之间存在惊人的相似性。他确定了一组共同​​的基因 - 肠上皮细胞特征 - 其中一些在沿着肠道长度的特定区域具有共同的活动模式。更重要的是,这个保守特征中包含的许多基因以前曾涉及多种人类疾病。Lickwar和Rawls想知道这种保守的遗传特征是否受到物种之间可能共享的调控元素的控制。

为了测试是否是这种情况,他们从鱼类,小鼠和人类中获取了各种调节元素并将它们粘在斑马鱼中。由于斑马鱼是透明的生物体,研究人员可以在显微镜下观察颜色的模式,以判断绿色荧光蛋白或红色荧光蛋白(它们与调节元件一起插入)是否已在肠道中翻转。他们发现从其他物种移植的调节开关在斑马鱼中发挥作用,表明其具有显着的保护水平。

“我们的研究结果表明肠上皮细胞使用古老的核心程序在大多数脊椎动物体内完成它们的工作,”该研究的第一作者Lickwar说。“现在我们已经确定了这个核心计划,我们可以更轻松地在人类和斑马鱼之间来回翻译结果。”

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