Исследование: желудевый червь использует перепрограммирование стволовых клеток для регенерации
Группа японских и американских исследователей обнаружила, что Ptychodera flava, червеобразный морской организм, способный регенерировать всю голову или тело, использует механизмы перепрограммирования, которые помогают соматическим клеткам животных более высокого порядка разветвляться в полноценные части тела. Животное, известное как желудевый червь, имеет общие эволюционные корни с хордовыми и млекопитающими, которые можно проследить от самых развитых позвоночных, включая человека.
Желудевые черви используют факторы перепрограммирования плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) для регенерации головы или тела, по словам ведущего автора Кунифуми Тагава, доцента и директора Морской биологической лаборатории при Высшей школе комплексных наук о жизни Университета Хиросимы.
Команда опубликовала свои выводы 15 февраля в журнале Frontiers in Ecology and Evolution. В биологии под факторами перепрограммирования понимаются молекулы или белки, которые могут заставить клетки превратиться в любой тип клеток.
Команда Тагавы наблюдала несколько уникальных генов, экспрессируемых у желудевых червей во время регенерации головы, которые не наблюдались у хордовых и других позвоночных высшего порядка.
"Основываясь на этих результатах, мы предполагаем, что гемихордаты могли использовать эти факторы перепрограммирования для своей обширной регенерации, или что хордаты могли потерять способность мобилизовать эти факторы в ответ на повреждение", - сказал Тагава. "Надежность этих плюрипотентных генных схем при образовании индуцированных стволовых клеток из соматических клеток млекопитающих показывает, что эти программы не повреждены у человека и других млекопитающих, и что эти схемы могут реагировать на пока неизвестные сигналы регуляции генов".
Ученые наблюдали способность гемихордат, таких как планария и гидра, к регенерации с 19 века, но только недавно стали использовать их в качестве модели для изучения регенеративных процессов. Желудевые черви, будучи самыми продвинутыми из наблюдаемых животных со способностью к регенерации и более близкими к человеку, чем планарии и гидры, все же обладают уникальной способностью к регенерации, присущей организмам низшего порядка, однако у них отсутствуют "тотипотентные стволовые клетки" - отдельные клетки, из которых может полностью восстановиться весь организм.
У полухордовых есть сеть генов перепрограммирования, которая позволяет клеткам переходить в плюрипотентное состояние для воссоздания поврежденной структуры или органа. "Таким образом, это еще раз показывает, что изучение регенерации гемихордат является новым перспективным направлением в области биологии регенерации", - сказал Тагава.
Исследовательская группа собрала желудевых червей с плоского мелководного рифа в Пайко, Оаху на Гавайях. Длина отобранных червей варьировалась от 4 до 10 см. Затем они вырезали части тела червей и наблюдали за ними в чистых стеклянных мисках в течение 12 дней регенерации, после чего животные восстанавливали свое естественное поведение норы и могли выползать из мисок.
В каждом эксперименте собранных животных разрезали на заднем конце ветвистых расщелин. Были обнаружены факторы репрограммирования, аналогичные тем, которые выделяются у позвоночных животных для сигнализации о заживлении тканей после травмы, обычно впервые появляясь в образцах червей, сохраненных через 24-48 часов после разрезания.
По словам Тагавы, такое функциональное совпадение с позвоночными высшего порядка создает основу для дальнейшего изучения точных механизмов регенерации гемихордат. Почему желудевые черви могут использовать свои факторы перепрограммирования для регенерации значительных частей тела, а позвоночные - нет, остается загадкой.
"Мы хотели бы решить этот вопрос, продолжая изучать регенерацию гемихордат и пытаясь определить факторы для реактивации плюрипотентных генных сетей", - сказал Тагава. "Это важный шаг к будущим терапевтическим и, возможно, спасительным вмешательствам в жизнь человека с использованием стволовых клеток".
