Planarian regeneration as a model of anatomical homeostasis: Recent progress in biophysical and computational approaches.
Planarian regeneration as a model of anatomical homeostasis: Recent progress in biophysical and computational approaches.
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DOI：
10.1016/j.semcdb.2018.04.003
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发表时间：
2019-03
影响因子：
7.3
通讯作者：
Bischof J
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Levin M;Pietak AM;Bischof J
涡虫行为、生理学和模式控制为再生医学、进化生物学、形态发生工程、机器人技术和非常规计算提供了深刻的教训。尽管干细胞分化的分子遗传学最近取得了进展，但这种模式生物显着的解剖稳态给我们带来了关于大规模形状的起源及其与基因组关系的真正基本谜题。在这篇综述文章中，我们首先强调在该领域当前范式背景下关于涡虫再生的几个深层谜团。然后，我们回顾了在理解引导再生的内源性生物电模式记忆的生理控制方面的最新进展，以及如何调节这种记忆可以永久改变扁虫的目标形态。最后，我们重点关注通过对形态决策的综合、系统级理解来补充还原路径分析的计算方法。我们分析了涡虫模式控制的现有模型，并强调了这一跨学科前沿领域的最新成功和剩余知识差距。
Planarian behavior, physiology, and pattern control offer profound lessons for regenerative medicine, evolutionary biology, morphogenetic engineering, robotics, and unconventional computation. Despite recent advances in the molecular genetics of stem cell differentiation, this model organism’s remarkable anatomical homeostasis provokes us with truly fundamental puzzles about the origin of large-scale shape and its relationship to the genome. In this review article, we first highlight several deep mysteries about planarian regeneration in the context of the current paradigm in this field. We then review recent progress in understanding of the physiological control of an endogenous, bioelectric pattern memory that guides regeneration, and how modulating this memory can permanently alter the flatworm’s target morphology. Finally, we focus on computational approaches that complement reductive pathway analysis with synthetic, systems-level understanding of morphological decision-making. We analyze existing models of planarian pattern control and highlighting recent successes and remaining knowledge gaps in this interdisciplinary frontier field.
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