Австрийские ученые выяснили, как клетки аксолотля «помнят» свое место в теле и правильно восстанавливают оторванные конечности. Оказалось, что за позиционную память отвечает ген Hand2. Он запускает сигнальные белки и помогает клеткам понять, на какой стороне конечности они находятся и что именно им нужно отрастить. В будущем новые данные могут помочь перепрограммировать клетки и направить их на регенерацию разных частей тела животных и человека. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Аксолотли — это земноводные, способные восстанавливать утраченные части тела. Они обитают в мексиканских озерах, где их часто ранят или даже кусают соседи. Всего за два месяца аксолотль может отрастить целую функциональную лапу — с пальцами, суставами и мышцами. Для этого «новые» части тела должны «знать» свое положение внутри организма. До сих пор ученым было неизвестно, как клетки восстанавливают правильную структуру в нужном месте.
Австрийские исследователи решили это выяснить. Они проанализировали геном аксолотля и обнаружили, что в передних и задних частях конечностей — на большом пальце и мизинце соответственно — генетические факторы различаются еще до травмы. Ученые обратили внимание на один из таких генов — Hand2. В здоровой лапе он активен только на задней стороне. После экспериментов по регенерации конечностей команда пришла к выводу, что именно Hand2 помогает клеткам восстанавливать части тела: из-за травмы он включается сильнее и запускает цепочку сигналов, ведущих к росту новых тканей.
Один из таких сигналов — белок Shh (Sonic hedgehog), который активируется в том же месте, где работает Hand2. Этот белок сообщает клеткам, что они находятся на задней стороне конечности, и запускает нужный сценарий регенерации. Если клетка расположена близко к Shh, она становится идентичной тем клеткам, которые расположены на задней стороне, а если далеко — то тем, что на передней. Как только конечность полностью регенерируется, клетки снова экспрессируют Hand2 на низком уровне, запоминают свое положение и готовятся к следующему циклу повреждения и восстановления.
Авторы провели эксперимент и пересадили клетки с передней стороны лапы аксолотля на заднюю. В новой среде они начали вести себя как местные — экспрессировать Hand2, реагировать на Shh и восстанавливать «задние» ткани. Это открытие открывает новые возможности для тканевой инженерии и регенеративной терапии. Перепрограммирование клеток и изменение их функций позволит исследователям трансформировать клетки в разных частях тела.
«Эти же гены присутствуют и у людей, и тот факт, что аксолотль повторно использует эту цепь в течение взрослой жизни для регенерации конечности, является захватывающим. Это говорит о том, что, если подобная память существует в конечностях человека, ученые, возможно, однажды смогут воздействовать на них, чтобы раскрыть новые регенеративные возможности», — рассказала Элли Танака, руководитель исследования из Австрийской академии наук, Австрия.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
