Як виростити нову ногу Запитайте у аксолотля!
Який поворот. Все виявилося зовсім не так, як думали вчені раніше. Багаторічні дослідження саламандр – чемпіонів з регенерації тканин – проходили повз важливу особливість відновлювального процесу і більше того – шукали ключі до нього не там, де варто було б. А головний висновок з нової роботи оптимістичний: люди мають усі шанси навчитися трюку амфібій.
Нові уроки відрощування кінцівок дав ученим мексиканський аксолотль (Ambystoma mexicanum). Це створення – один із найвидатніших прикладів самовідновлення у тваринному світі.
Що там хвіст, як у деяких ящірок: аксолотль успішно відрощує нову повністю функціональну лапку, замість відсіченої, скрупульозно відтворюючи всі кісточки, всі м'язи, шкіру, судини, нервові волокна. На це йде лише три тижні. Пошкоджені легені або спинний мозок також у цих саламандр (та й у інших), реконструюються чудово. І шрамів не залишається. Ото б і нам так.
Давно відомо, що починається відновлення органу з появи бластеми – схожого на пухлину скупчення клітин, які потім розмножуються та перетворюються на різні тканини. Ці нові клітини породжуються звичайними клітинами дома ушкодження, та заодно клітини бластемы – недиференційовані. Однак вони якимось чином дізнаються, на що їм потім перетворюватися. Тож замість втраченої ноги жодним чином не може з'явитися хвіст. Ця система управління - справжня загадка, завісу таємниці над якою підняли нові досліди.
Загальна схема експериментів: трансгенна тварина синтезує флуоресцентний білок у всіх своїх тканинах.Цікавий вчених конкретний тип клітин від цього екземпляра пересаджують звичайній тварині, у якої потім відрізають кінцівку. Після проходження стадії бластеми кінцівка відрощується заново, а флуоресцентні маркери дозволяють точно встановити - на який тип клітин перетворилися пересаджені «прибульці» (фото Martin Kragl et.al.).
Щоб з'ясувати тонкощі регенерації, вчені впровадили ген, що відповідає за синтез зеленого білка, що флуорескує (знаменитий «нобелівський GFP», настільки важливий для підводних організмів) в аксолотлів.
Далі біологи по черзі брали у трансгенних тварин ті чи інші клітини та впроваджували їх немодифікованим саламандрам у район майбутньої травми. А оскільки генетична інформація про GFP зберігалася у всіх клітин – нащадків клітин запозичених, їхнє становище в організмі, у тому числі – у заново вирощеному органі, можна було з високою точністю відстежити.
Так відкрився дивовижний секрет. Клітини бластеми – не ідентичні, хоча ще є клітинами тих чи інших тканин. Але вони пам'ятають – від яких клітин походять і таким чином колишні клітини м'язової тканини виробляють лише м'язи, клітини нервових волокон – нові нерви, клітини шкіри – шкіру тощо (за рідкісними винятками, про них трохи нижче).
Тобто, незважаючи на стадію бластеми, ці стовбурові клітини залишаються, по суті, різними протягом усього процесу регенерації.
Вгорі малюнку: поширення шванновских клітин на 3-й, 7-й, 18-й і 25-й день після ампутації. Внизу: різні маркери та способи візуалізації дозволили вченим чітко відокремити одні типи клітин від інших (фото Martin Kragl et.al.).
Дослідники також виявили, що деякі клітини пам'ятають не тільки свою ідентичність, а й становище в організмі. Клітини хряща, наприклад, пам'ятають, що раніше вони утворювали плече, або нижню частину кінцівки, і мігрують туди ж у новому органі, тоді як усі клітини Шванна просто переміщуються в будь-яке місце, де вони потрібні.
Танака каже, що ця робота спровокує велике зрушення у мисленні про вимоги до регенерації. Пояснюючи, чому саламандри можуть відновлювати кінцівки, а люди ні, вона пояснює: "Гіпотеза полягала в тому, що саламандри можуть сильно змінювати ідентичність клітин".
Але насправді, їхні клітини ніколи не втрачають своєї «самобутності», – випливає з нових експериментів, – навпаки, саламандри, здається, використовують «обмежені» у своїх можливостях стовбурові клітини від конкретних тканин, здатні генерувати лише певну частину нової кінцівки.
Танака вказує на те, що люди також мають стовбурові клітини конкретних тканин, які замінюють відповідні види тканин. Тільки у нас таке загоєння йде повільно. "Саламандри не роблять щось набагато складніше, ніж здатні робити стовбурові клітини людини", - радіє дослідниця.
Отже, підштовхування людських клітин до регенерації, можливо, невимагатиме настільки радикального кроку, як перетворення клітин на плюрипотентні, чим навперебій займаються в багатьох університетах та інститутах, демонструючи часом приголомшливі результати.
Але тепер виходить, що патент природи не передбачає повернення «клітинного годинника» на багато кроків назад, а відбувається лише невеликий «відкат». І цей процес більше нагадує експерименти з прямим перепрограмуванням одних типів клітин в інші, минаючи плюрипотентную стадію.
Але він попереджає, що вченим ще потрібно визначити, чи є цей принцип вірним і для дорослих аксолотлів, і для тритонів? Якщо той самий механізм лежить в основі інших прикладів регенерації, це докорінно змінить уявлення вчених про умови цього чудового процесу, – каже Алехандро.
Але залишається без відповіді основне питання: якщо люди вже мають стовбурові клітини від різних диференційованих тканин, що все ж таки становить різницю між нашими клітинами і клітинами саламандр? І ширше – інших тварин?
Танака та її колеги мають намір розібратися з цим питанням: вони ще будуть проводити досліди в надії з'ясувати, які саме гени включаються на тих чи інших стадіях процесу і які молекулярні сигнали спонукають клітини дома рани формувати бластему і слідувати по подальшому шляху до відтворення кінцівки.