Как сеть «борьба или бегство» помогает аксолотлям регенерировать части тела

от

Биологи давно поражены способностью саламандр отращивать целые конечности. Теперь исследователи из Гарварда разгадали часть тайны, как они это делают — путём активации стволовых клеток по всему телу, а не только в месте травмы.

В статье, опубликованной в журнале Cell, учёные описали, как у аксолотлей — саламандр — эта реакция по всему телу запускается симпатической нервной системой, известной как сеть «борьба или бегство». Исследование открывает возможность того, что этими механизмами однажды можно будет управлять для регенерации человеческих конечностей и органов.

«Мы показали важность гормона адреналина, сигнализирующего о стрессе, в подготовке клеток к регенерации», — сказала Дуйгу Пайзин-Догру, ведущий автор нового исследования и постдокторант кафедры стволовых клеток и регенеративной биологии (SCRB).

«Поскольку адреналин есть и у людей, это говорит нам о том, что мы можем использовать некоторые из того, что нашли у аксолотля, чтобы, возможно, улучшить результаты регенерации у людей. У нас есть некоторые из тех же компонентов, и нам просто нужно выяснить, как их правильно реализовать», — добавила она.

Новое исследование

Новое исследование стало кульминацией нескольких лет работы лаборатории Джессики Уайт, доцента SCRB, которая изучает регенерацию конечностей у аксолотлей — вида, обитающего в Мексике. Аксолотли часто исследуются как модельные организмы для изучения регенерации конечностей, поскольку они являются одними из самых быстро размножающихся видов саламандр.

Некоторые беспозвоночные, такие как планарные плоские черви, могут отращивать целые тела из небольших кусочков ткани. Но саламандры — единственные позвоночные, которые могут регенерировать полные конечности.

Когда конечность отрублена, у саламандр образуется бластема — шишка, содержащая клетки-предшественники, которые становятся всё более специализированными, чтобы сформировать новую руку, ногу или хвост.

Эта замечательная способность давно интригует биологов, поскольку может дать представление о регенеративной медицине. Некоторые исследователи подозревают, что древний общий предок всех четвероногих (группа четвероногих позвоночных, в которую входят амфибии, птицы и млекопитающие) мог регенерировать конечности, но эта способность впоследствии была утрачена в большинстве эволюционных линий — но не у саламандр.

В 2018 году команда Уайт сообщила, что ампутация конечности вызвала пролиферацию клеток по всему телу — даже в конечностях и органах, которые остались невредимыми, — но оставалось неясным, какие механизмы управляют этим ответом. Команда потратила более шести лет на расшифровку этих процессов — расследование, в котором в итоге приняли участие 38 соавторов.

Адренергическая сигнализация

Они обнаружили, что системная реакция координируется адренергической сигнальной сетью, частью симпатической нервной системы, которая также контролирует непроизвольные реакции, такие как частота сердечных сокращений, дыхание и кровоток во время сильного стресса. (Эта система стала хорошо известна благодаря новаторским исследованиям гарвардского физиолога Уолтера Брэдфорда Кеннона, который более века назад ввёл термин «реакция борьбы или бегства»). Адренергическая сигнализация также включает хорошо известные гормоны норадреналин и адреналин, которые также могут действовать как нейромедиаторы.

Системная активация стволовых клеток и других клеток-предшественников «подготавливает» другие неповреждённые конечности к более быстрой регенерации — способность, которая может помочь саламандрам выжить в дикой природе, поскольку они часто теряют несколько конечностей из-за хищников или каннибализма.

Исследователи обнаружили, что активированные клетки перестраивают свою архитектуру ДНК, чтобы облегчить включение некоторых генов — таким образом подготавливая их к будущей регенерации.

«Животное, кажется, формирует краткосрочную память о травме по всему телу», — сказала Пайзин-Догру. «Есть что-то, что ощущает травму и как бы переходит в режим «подготовки» к последующей травме, чтобы она могла реагировать быстрее».

Но подготовка была недолгой: исследователи обнаружили, что системная активация сохранялась лишь несколько клеточных циклов, возможно, потому, что высокие метаболические затраты могли поддерживаться только в течение коротких периодов. Через четыре недели не было никакой разницы в скорости регенерации конечностей.

Исследование разобрало роли различных элементов этой системы: один путь, известный как альфа-адренергическая сигнализация, необходим для подготовки отдалённых клеток к регенерации конечностей, в то время как другой путь, известный как бета-адренергическая сигнализация, способствует росту в месте ампутации.

Адренергическая сигнализация также запускала каскады нижестоящих процессов, необходимых для регенерации конечностей, таких как активация сигнального пути mTOR, который способствует росту и делению клеток.

В течение двух веков учёные знали, что для регенерации конечностей необходимо нервное питание, но многие подозревали, что в процессе участвуют сенсорные или двигательные нервы. «Я слышала, что очень мало людей говорят о симпатических нервах», — сказала Уайт.

До сих пор многие биологи рассматривали регенерацию конечностей как локальное явление в месте травмы. Но Уайт сказала, что растущие доказательства позволяют предположить, что это должно рассматриваться как событие, затрагивающее всё тело.

«Я думаю, это меняет парадигму», — сказала она о новом исследовании. «Я думаю, это вдохновит на множество будущих работ, чтобы попытаться выяснить не только то, как это работает у аксолотля, но и то, как это работает в других системах».

Предоставлено Гарвардским университетом

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте