【文献解读】-science-再生响应增强子的变化塑造了脊椎动物

在脊椎动物中，由于损伤或疾病而失去的组织再生能力广泛但不均匀地分布。有些动物，如硬骨鱼，可以再生多种器官，包括被切除的附体、心室和脊髓，而其他动物，如哺乳动物，则不能。尽管再生已经成为广泛的系统发育、发育、细胞和分子研究的主题，但动物再生能力的巨大差异背后的机制仍然是难以捉摸的。顺式调控元件的变化已被证明是形态多样性的一个主要来源。新的证据表明损伤依赖性基因表达可能是由损伤反应增强元件控制的。然而，这些先前从斑马鱼(Danio rerio)和果蝇中提取的特征元素的消融表明，它们对于再生来说通常是不可缺少的。因此，在脊椎动物基因组中，保守的元素是否能响应再生，而不是响应损伤，以及它们是如何进化的，仍有待于最终的证明。

鉴定保守的再生响应增强子(RREs)需要两个有再生能力的相关但进化距离较远的物种。斑马鱼和非洲鳉鱼在生活史上的巨大差异以及两亿三千万年的进化距离，为区分物种特异性和保守的物种提供了独特的生物环境。我们认为，应用组蛋白H3K27ac染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq，一种活性增强子的标记物)、大容量RNA测序(RNA-seq)和单细胞RNA-seq (scRNA-seq)可以识别截肢激活的RREs，并有助于在单细胞水平上确定其靶基因的表达。此外，我们利用非洲鳉鱼的快速性成熟，快速生成转基因报告基因分析来验证预测的RREs，并促进其在成体再生中的功能测试。
我们发现了鳉鱼和斑马鱼截肢后基因组反应的巨大差异，以及进化保守的硬骨鱼再生反应程序(RRP)，该程序主要部署在再生特异性芽基细胞上。生物信息学分析显示，RRP的激活，包括已知的斑马鱼再生效应物，如抑制素- A (inhba)，在强健的哺乳动物和弱再生动物(Musmusculus)中有不同程度的激活。通过对鳉鱼、斑马鱼和人类中保存的inhba RRE的系统转基因报告分析进行功能测试，确定了物种特异性变异。在hba RRE中缺失鳉鱼显著干扰了尾鳍再生和心脏再生。此外，inhba RRE活性需要激活蛋白1 (AP-1)复合物的预测结合基序的存在。最后，AP-1结合基序可以在本研究报道的保守和非保守硬骨鱼中被识别出来，这表明AP-1可能在损伤和再生反应中都是必需的。
我们提出了一个基于再生能力的进化模型。在我们的模型中，AP-1富集RREs的祖先功能是激活再生反应，包括损伤和再生。在进化和物种形成过程中，一些增强子的再生和损伤反应相互分离。在现存物种中，再生能力强的动物维持祖先的增强剂活性以激活损伤和再生反应，而在再生能力弱的动物中，祖先增强剂的再利用可能导致损伤反应活性的保留而再生反应的丧失。

硬骨肌再生顺式调节的进化变化和维持:

再生特异性细胞部署的RRP在再生能力不强的动物中是不正常的:

再生活化的inhba表达是通过RRE K-IEN介导的:

再生需要RRE K-IEN：

脊椎动物K-IEN活动的进化变化：

AP-1结合基序的占用对RRE活性至关重要：

文献来源：DOI: 10.1126/science.aaz3090