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豹纹壁虎皮肤肿瘤可追溯到癌症基因

豹纹守宫的名字叫寒霜先生,不容错过。他的背部有黄色条纹,头部和尾部的斑点露出异常的白色皮肤。加州大学洛杉矶分校 (UCLA) 的遗传学家、霍华德休斯医学研究所研究员 Leonid Kruglyak 说:“这是一种非常引人注目的着色模式。”

加利福尼亚的一家爬行动物商店于 2016 年开始饲养弗罗斯蒂先生,并生产了一批柠檬黄色蜥蜴。这种颜色品种被称为柠檬霜——它们有着醒目的条纹和时髦的斑点,这种稀有动物的售价可达 2,000 美元以上。

但是这些艳丽的壁虎有一个问题。大约 80% 的人在生命的前五年内会发展成球根状的白色皮肤肿瘤。在某些个体中,这些肿瘤会变得很大,使动物难以移动,如果破裂可能会导致感染。Kruglyak 和他的同事怀疑有遗传根源——可能是单个基因中的单个突变。“看起来很可能是让壁虎如此不寻常的颜色的同一件事也导致了肿瘤,”他说。

该团队于 2021 年 6 月 24 日在PLOS Genetics杂志上报告说,现在,使用各种遗传分析,他的团队已经将肿瘤和着色追溯到与皮肤黑色素瘤有关的基因,皮肤黑色素瘤是一种致命的人类癌症。

“确定爬行动物这一特征的遗传基础真是太棒了,”乔治亚大学发育遗传学家道格拉斯·门克说,他没有参与这项工作。他说,爬行动物的遗传研究并不常见,与生物医学相关的研究甚至更少见。他说,就像实验室研究的老鼠和斑马鱼一样,豹纹壁虎有朝一日可以成为研究黑色素瘤的科学家的模型。

“尚不确定豹纹壁虎是否会成为爬行动物世界的实验室老鼠,”他说。“但这当然是可能的。”

加利福尼亚的一家爬行动物商店于 2016 年开始饲养弗罗斯蒂先生,并生产了一群柠檬黄豹纹壁虎。这种颜色品种被称为柠檬霜。图片来源:L. Guo 等人/PLOS Genetics 2021/Steve Sykes

丰富多彩的合作

2017 年,UCLA 博士后郭龙华第一次来到 Kruglyak 的实验室时,他正在寻找一个有趣的项目。当他偶然在网上看到一篇关于豹纹壁虎的“今日物种”文章时,他得到了灵感。“这些图像立刻让我眼前一亮,”郭说。“这些动物有这么多迷人的颜色和图案。”

壁虎有各种绚丽的色调,它们的名字有旭日橘、黑夜和花岗岩雪,但科学家们对这些变种背后的遗传学知之甚少。Kruglyak 说:“我们对动物如何表现出如此惊人的各种颜色的了解非常有限。” 事实上,人们对爬行动物遗传学知之甚少。

蜥蜴和蛇不是像老鼠那样成熟的实验动物,科学家们还没有开发出广泛的工具来研究它们。例如,豹纹守宫的基因组还没有被仔细地拼写出来,也没有人确定哪些基因位于哪些染色体上。

在与 Kruglyak 的会面中,“Leonid 非常兴奋,开始计算动物数量并制定映射策略,”郭说。尽管如此,如果郭和 Kruglyak 想弄清楚哪些基因在哪些颜色背后,他们首先需要壁虎 DNA。郭向加利福尼亚的爬行动物饲养员史蒂夫赛克斯提出了这个想法。赛克斯有数百只壁虎,有细致的繁殖记录,而且结果证明,他对科学充满热情。“那是我一生中非常幸运的时刻,”郭回忆道。Sykes 同意与科学家合作,并将他们介绍给 Frosty 先生和他色彩缤纷的堂兄弟们。

基因猎人

许多动物(包括热带鱼、变色龙和豹纹壁虎)的耀眼色彩来自称为虹膜细胞的细胞。与从化学色素黑色素中获得颜色的人类皮肤细胞不同,虹膜细胞通过晶体产生颜色。这些晶体的形状和结构会影响它们弯曲和反射光线的方式,从而产生可能颜色的彩虹。在豹纹壁虎中,晶体的排列产生白色。

郭从其中 500 只蜥蜴中收集了 DNA,然后读取了动物基因组的遗传“字母”。该团队正在寻找可以与某些颜色品种相关联的 DNA 区域——特别是仅在柠檬霜动物中出现的遗传标志。

Kruglyak 的实验室不是爬行动物实验室,他的团队以前从未研究过豹纹壁虎。但他的研究确实侧重于不同生物体中各种性状的遗传基础。他检查了代谢异常的酵母菌株和对某些药物有抗药性的蛔虫。壁虎项目为 Kruglyak 团队的专长带来了新的转折——将特定特征映射到基因组中的特定区域。

研究人员将 Lemon Frost 特征映射到包含单个基因 SPINT1 的区域。该基因已经与人类和其他动物的癌症有关。例如,如果没有功能正常的 SPINT1 基因,小鼠和斑马鱼都会患上肿瘤。科学家们还发现该基因与人类皮肤黑色素瘤有关。

Kruglyak 说,鉴于该基因在癌症中的作用,它是导致柠檬霜壁虎肿瘤的明确候选者。基因中的错误可能会增加白色皮肤细胞和其中的反光晶体的产生,从而使壁虎具有特征性的明亮色彩——以及它们的肿瘤。

接下来,郭想追寻更多蜥蜴颜色的遗传基础,其中包括 Blizzard 和 Patternless 两个品种,它们缺乏所有颜色和图案。他和 Kruglyak 不知道这项工作是否会发现其他可能与人类健康相关的发现。Kruglyak 说,这就是好奇心驱动的研究。出于纯粹的好奇心研究不寻常的现象可以将科学家带到令人惊讶的方向,并最终揭示对重要分子途径的新见解。

此外,他补充道,“你怎么能不喜欢以一只名叫弗罗斯蒂先生的动物开头的故事呢?”

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