Показано сходство механизмов регенерации у амфибий и млекопитающих
Долгое время ученые не могли объяснить необыкновенную, даже сверхъестественную способность аксолотлей (личинок амбистом – Ambystoma mexicanum) к регенерации. Они полагали, что клетки этих амфибий обладают плюрипотнтностью, свойственной, стволовым эмбриональным клеткам млекопитающих. При потере животным, например, одной ноги, на ее месте образуется бластема (небольшой бугорок), которая в течение примерно трех недель развивается в полноценную функционирующую конечность. При общей продолжительности жизни аксолотля в 12 лет, время регенерации такого крупного и сложно устроенного органа как нога поразительно коротко.
Ученые выделяют 4–5 типов клеток организма, исходя из их потентности, то есть способности к дифференцировке и образованию новых типов клеток. Тотипотнетные клетки, к которым относится зигота (оплодотворенная яйцеклетка), а также самые ранние бластомеры зародыша, способны давать начало всем типам клеток без исключения. Плюрипотентные (эмбриональные стволовые клетки) способны формировать клетки всех типов, кроме экстраэмбриональных. Мультипотентностью обладают клетки, которые могу образовывать несколько типов клеток, например, гемопоэтические клетки, дающие начало различным клеткам крови. Унипотентные клетки способны формировать клетки только одного типа, как, например сперматогенные клетки, ответственные за появление сперматозоидов.
Малькольм Маден (Malcolm Maden), работающий в Университете Флориды, США (University of Florida) и его коллеги из Германии для изучения механизмов регенрации у аксолотля использовали зеленый флуоресцентный белок GFP (green fluorescent protein), который при введении в ткани животного позволяет проследить возникновение, перемещение и распространение генетически модифицированных клеток. Результаты исследований были опубликованы в Nature 2-го июля 2009 года.
Объект исследования – аксолотль, представляет собой личинку амфибии из рода амбистома. Эти животные интересны тем, что личинка становится половозрелой, не достигнув состояния взрослого животного. Такой процесс развития половых органов у личиночных стадий получил название "неотения". Будучи эндемиками одного-единственного озера в центральной Мексике, аксолотли широко распространились по миру в качестве лабораторных животных и обитателей аквариумов. Они хорошо размножаются в неволе и имеют очень крупные эмбрионы, что значительно облегчает экспериментальную работу по изучению их развития.
В основу полученных данных легли эксперименты над генетически измененными аксолотлями, продуцирующими GFP. Исследователям удалось показать, что клетки различных тканей аксолотля обладают своеобразной "памятью" и в процессе регенерации способны образовывать только тот тип ткани, к которому они изначально относились.
Ученые вживляли трансгенную ткань на те части эмбриона аксолотля, про которые заранее было известно, что они разовьются в ту или иную часть тела. Наличие белка-метки позволяло в буквальном смысле увидеть, как происходит перераспределение клеток внутри эмбриона, и какие именно ткани будущего организма образуются за счет трансгенной пересаженной ткани. Так было показано, что клетки нервной ткани, пересаженные на часть эмбриона, из которой впоследствии должна развиться нервная система, формировали исключительно нервные клетки. Обследование уже развитых зародышей под ультрафиолетовым светом показало, что клетки со светящимся белком равномерно распределены вдоль нервных стволов.
Опыты над взрослыми животными продемонстрировали, что если взять определенный участок ткани трансгенного GFP аксолотля, пересадить его на обычного аксолотля, а потом отрезать небольшой участок пересаженной ткани, то можно проследить регенерацию всего органа. Основным выводом ученых стало то, что только "старые" мышечные клетки могут образовывать "новые", также как и только клетки кожи могут формировать новые клетки кожи, а хрящевые клетки – образовывать новый хрящ.
В ближайших планах Мадена начать новые эксперименты по изучению регенерации у саламандр, тритонов, морских звезд и плоских червей. Он надеется, что его исследования помогут приблизиться к решению проблемы лечения многих заболеваний человека, в первую очередь заболеваний нервной системы.
