Зелёные белки раскрыли тайну возрождения саламандры
Какой поворот. Всё выяснилось совсем не так, как думали учёные раньше. Долгие изучения саламандр — чемпионов по регенерации тканей — проходили мимо серьёзной особенности восстановительного процесса.
И более того — искали ключи к нему не в том месте, где следовало бы. А основной вывод из новой работы оптимистичен: у людей имеется все шансы обучиться трюку амфибий.
Новые уроки отращивания конечностей преподал учёным мексиканский аксолотль (Ambystoma mexicanum). Это создание — один из самых выдающихся примеров самовосстановления в животном мире.
Что в том месте хвост, как у некоторых ящериц: аксолотль удачно отращивает новую всецело функциональную лапку вместо отсечённой, скрупулёзно воссоздавая все косточки, все мускулы, кожу, сосуды, нервные волокна… На это уходит только 20 дней. Повреждённые лёгкие либо спинной мозг у данных саламандр (да и у последовательности вторых) также реконструируются превосходно.
И шрамов не остаётся. Вот бы и нам так.
В далеком прошлом как мы знаем, что начинается восстановление органа с появления бластемы — похожего на опухоль скопления клеток, каковые после этого размножаются и преобразовываются в разные ткани.
Эти новые клетки порождаются простыми клетками на месте повреждения, но наряду с этим клетки бластемы — недифференцированные. Но они каким-то образом определят, во что им позже преобразовываться. Так что вместо потерянной ноги никоим образом неимеетвозможности показаться хвост.
Эта совокупность управления — настоящая тайная, завесу тайны над которой немного подняли новые испытания.
Неспециализированная схема опытов: трансгенное животное синтезирует флуоресцентный белок во всех собственных тканях. Интересующий учёных конкретный тип клеток от этого экземпляра пересаживают простому животному, у которого после этого отрезают конечность.
По окончании прохождения стадии бластемы конечность отращивается заново, а флуоресцирующие маркеры разрешают совершенно верно установить – в какой тип клеток превратились пересаженные «инопланетяне» (фото Martin Kragl et.al.).
Ранее биологи предполагали, что клетки бластемы — плюрипотентные, другими словами любая из них может стать клеткой кожи, мышечной ткани и без того потом, давая начало росту той либо другой ткани. Несколько исследователей из Германии и США, разместившая статью в Nature, продемонстрировала — это представление ошибочно.
Любой человек, включая нас, желал бы знать, как клетки из взрослых тканей перепрограммированы, дабы сделать эти стволовые клетки бластемы, – говорит один из ведущих авторов новой работы Элли Танака (Elly Tanaka), доктор наук Центра регенеративной терапии в Дрездене. Ответ поразил не только вторых исследователей, но и её саму (фото CRTD).
Дабы узнать тонкости регенерации, учёные внедрили ген, несущий ответственность за синтез зелёного флуоресцирующего белка (известный «нобелевский GFP», столь серьёзный для подводных организмов) в аксолотлей.
Потом биологи поочерёдно брали у трансгенных животных те либо иные клетки и внедряли их немодифицированным саламандрам в район будущей травмы. А потому, что генетическая информация о GFP сохранялась у всех клеток — потомков клеток заимствованных, их положение в организме, а также — в заново выращенном органе, возможно было с высокой точностью отследить.
Так открылся необычный секрет.
Клетки бластемы — не аналогичны, не смотря на то, что ещё и не являются клетками тех либо иных тканей. Но они не забывают, от каких клеток случились, и так бывшие клетки мышечной ткани создают лишь мускулы, клетки нервных волокон — новые нервы, клетки кожи — кожу и без того потом (за редкими исключениями, о них — чуть ниже).
«У большинства людей сложилось чувство, словно бы эти самые клетки бластемы были все одним и тем же», — говорит Танака. Но оказалось, что бластема — это не однородная клеточная масса, а скопление прогениторов, порождённых разными тканями, каковые, со своей стороны, порождают любой собственную своеобразную ткань.
Другими словами, не обращая внимания на стадию бластемы, эти стволовые клетки остаются по сути различными в течении всего процесса регенерации.
По окончании того как конечность выросла заново, ранее заимствованные шванновские клетки, несущие ген GFP, распространяются и множатся совершенно верно на протяжении нервных волокон, создавая их оболочки. И притом никакие другие клетки исходных тканей не преобразовываются в шванновские (фото D.Knapp/E.Tanaka).
В частности, опыты продемонстрировали, что шванновские клетки (составляющие предохранительную оболочку периферических нервных волокон), полученные подопытным земноводным от трансгенного экземпляра (а потому — светящиеся зелёным), по окончании стадии словно бы бы плюрипотентных стволовых клеток (как полагали ранее) порождают в выращенной заново ноге лишь шванновские клетки.
Исключения относятся к внутреннему слою кожи, где бывшие клетки кожи смогут в новой конечности обратиться хрящевыми клетками (и мигрировать к верной позиции) либо клетками сухожилия. Но мышцами, допустим, им не стать.
Бывшие до бластемы клетки мышц в новой конечности животного не станут клетками кожи либо хрящей, клетки хрящей — не станут мускулами и без того потом, — растолковывают биологи сущность открытия. Совершенно верно так же, как никакие клетки, не считая клеток Шванна, пройдя недифференцированную фазу, не обратятся клетками Шванна в новом органе.
Результат противоречил ранее взятым данным самих исследователей. Элли, например, уже показывала, что единственное мышечное волокно в регенерируемой конечности может обратиться в клетки различных типов. А это вынудило учёных задуматься: какое же сложное перепрограммирование самой природой идёт в таких клетках?
А выяснилось — никакого глубокого перепрограммирования нет и всё значительно несложнее и красивее. Прошлые изучения использовали значительно менее правильные способы отслеживания перемещения клеток, к примеру, красители, каковые имели возможность «убежать» к вторым клеткам, — так растолковывают авторы нового опыта собственную прошлую неточность.
Продемонстрированный тут мексиканский аксолотль, как и получающиеся из него взрослые амбистомы, часто видится в аквариумах. Этих земноводных разводят во многих государствах (фотографии wikipedia.org, Grzegorz Z., Dot Stasny, Andrew Little, chinabreed.com, patries71/flickr.com).
Исследователи кроме этого поняли, что кое-какие клетки не забывают не только собственную идентичность, но и положение в организме. Клетки хряща, к примеру, не забывают, что ранее они образовывали плечо либо нижнюю часть конечности, и мигрируют В том же направлении в новом органе, тогда как все клетки Шванна без разбора в любое место, где они необходимы.
Танака говорит, что эта работа спровоцирует большой сдвиг в мышлении о требованиях к регенерации. Говоря, из-за чего саламандры смогут восстанавливать конечности, а люди нет, она поясняет: «Догадка заключалась в том, что саламандры смогут очень сильно изменять идентичность клеток».
Но в действительности их клетки ни при каких обстоятельствах не теряют собственной «самобытности». Из новых опытов направляться, что саламандры, наоборот,применяют «ограниченные» в собственных возможностях стволовые клетки от конкретных тканей, талантливые генерировать только определённую часть новой конечности.
Регенерированная конечность саламандры. Клетки Шванна флуоресцируют зелёным, показывая, что они окружают нервы (красный цвет). В других клетках (светло синий) этого зелёного белка не отмечается, соответственно, шванновские клетки не преобразовываются в клетки других типов (фото D. Knapp/E.
Tanaka).
Танака показывает на то, что люди кроме этого владеют стволовыми клетками конкретных тканей, каковые заменяют соответствующие виды тканей. Лишь у нас такое заживление идёт медлительно. «Саламандры не делают что-то намного более сложное, чем способны делать стволовые клетки человека», — радуется исследовательница.
Значит, подталкивание людских клеток к регенерации, быть может, не потребует столь радикального шага, как превращение клеток в плюрипотентные, чем наперебой занимаются во многих институтах и университетах, демонстрируя иногда потрясающие результаты.
Но сейчас выходит, что патент природы не предусматривает возврат «клеточных часов» на так много шагов назад, а происходит только маленький «откат». И процесс данный больше напоминает опыты с прямым перепрограммированием одних типов клеток в другие, минуя плюрипотентную стадию.
Вверху: распространение шванновских клеток на 3-й, 7-й, 18-й и 25-й сутки по окончании ампутации. Внизу: разные методы и маркёры визуализации разрешили учёным чётко отделить одни типы клеток от вторых (фото Martin Kragl et.al.).
Алехандро Санчес Альварадо (Alejandro Sanchez Alvarado), исследователь из университета Юты и медина Говарда Хьюза, кроме этого изучающий феномен регенерации конечностей у земноводных, признаёт, что способ генетической «татуировки» пересаживаемых клеток — превосходный новый метод изучения регенерации тканей. И он, дескать, говорит о том, что догадка о неоднородности клеток бластемы верна. (Кстати, в том же издании Nature Альварадо опубликовал собственную работу на данную тему).
Но он даёт предупреждение, что учёным ещё нужно выяснить, есть ли данный принцип верным и длявзрослых аксолотлей, и для тритонов? В случае если тот же самый механизм лежит в базе вторых примеров регенерации, это в корне поменяет представления учёных об условиях данного превосходного процесса, — говорит Алехандро.
Но остаётся без ответа главной вопрос: в случае если люди уже имеют стволовые клетки от различных дифференцированных тканей, что однако образовывает отличие между клетками саламандр и нашими клетками? И шире — вторых животных?
Открывали же биологи невиданную регенерацию тканей у мышей, получали регенерации крыла у цыплёнка, с геном восстановления червя разобрались — получается, имеется скрытые резервы.
Танака и её коллеги собираются разобраться с этим вопросом: они ещё будут проводить испытания в надежде узнать, какие конкретно как раз гены включаются на тех либо иных стадиях процесса и какие конкретно молекулярные сигналы побуждают клетки на месте раны вырабатывать бластему и следовать по всему предстоящему пути к воссозданию конечности.
