Ученые достигли успехов в управлении регенерацией аксолотлей, открывая новые горизонты в исследованиях регенеративной медицины и биологии.
Группа исследователей из Вены, работающая в Институте молекулярной биотехнологии под руководством Элли Танаки, сделала значительный шаг вперед в изучении механизма, по которому аксолотли — удивительные амфибии, обладающие способностью восстанавливать утраченные конечности — определяют, какая именно часть тела подлежит регенерации. Результаты их работы были опубликованы в журнале Nature.
В водоемах вокруг Мехико, где аксолотли сталкиваются с агрессивными сородичами, они часто теряют конечности. Тем не менее, в течение всего лишь восьми недель это удивительное существо может полностью восстановить утраченный орган.
Однако оставалось неясным, как именно клетки «знают», какую часть конечности — пальцы, локоть или плечо — необходимо отрастить. Теперь ученые установили, что секрет заключается в генетической «памяти» клеток и уникальной сигнальной системе, схожей с передачей радиосигналов.
Исследования показали, что до получения травмы клетки на задней (мизинцевой) части конечности успешно экспрессируют ген Hand2, в то время как передняя (ближе к большому пальцу) сторона лишена этого гена. После повреждения уровень экспрессии Hand2 значительно увеличивается, активируя соседний сигнал Shh, который уже известен как важный элемент для роста и формирования новой ткани.
Этот механизм Hand2–Shh функционирует как маяк: чем ближе клетки находятся к источнику сигнала Shh, тем больше они «вспоминают», что расположены на задней стороне конечности, и начинают формировать соответствующие структуры. Клетки, находящиеся на большем расстоянии, начинают развивать переднюю часть конечности. По завершении процесса регенерации уровень Hand2 снова снижается, сохраняя память о пространственной ориентации.
Впервые ученым удалось перепрограммировать клетки, находящиеся на передней стороне конечности: при их пересадке на заднюю часть, они начинали вести себя как клетки мизинцевой зоны — инициируя рост «задних» структур. Это открытие указывает на то, что клетки способны адаптироваться и изменять свою идентичность в ответ на внешние сигналы.
«Это крайне увлекательно — мы получили инструмент, который позволяет не только контролировать процесс регенерации, но и, возможно, инициировать его в других участках тела или у различных видов», — прокомментировал Лео Оцуки, ведущий автор исследования.
Хотя у человека нет таких возможностей регенерации, как у аксолотлей, гены Hand2 и Shh также присутствуют в нашем геноме. Это внушает надежду, что если у людей имеется аналогичная «память о положении» в клетках, то в будущем ученые смогут активировать этот механизм для восстановления конечностей или органов.
Исследование аксолотлей может открывать новые горизонты в регенеративной медицине и области клеточной терапии. С помощью полученных знаний ученые потенциально смогут разрабатывать методы лечения, позволяющие не только улучшить заживление тканей, но и создавать искусственные органы с использованием клеток пациента. В будущем это даст надежды на улучшение жизни людей с травмами или заболеваниями, связанными с потерей конечностей.
