От воинов к целителям: сигнал мышечных стволовых клеток перенаправляет макрофаги на регенерацию хвоста головастика
Исследователи из Токийского университета Сумика Като, Такэо Кубо и Таро Фукадзава обнаружили, что секретируемый фактор c1qtnf3 (компонент комплемента c1q/фактор некроза опухоли 3) экспрессируется в предполагаемых мышечных стволовых клетках и переключает макрофаги с иммунных на регенеративные функции в регенерирующих хвостах головастиков.
Это открытие дает ключевое представление о регенеративных способностях некоторых животных и прокладывает путь для дальнейших исследований потенциального применения у млекопитающих. Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Как головастики отращивают хвост заново
Способность к регенерации есть лишь у немногих существ, например, у головастиков африканской шпорцевой лягушки Xenopus laevis. Они могут полностью восстановить функциональный хвост со спинным мозгом и мышцами. Для этого в действие должны вступить стволовые клетки, но изучать ранние этапы этого процесса сложно из-за их малого количества.
«Мы ранее разработали метод эффективного обогащения тканевых стволовых клеток, — говорит Фукадзава. — На основе этой техники мы планировали выяснить поведение тканевых стволовых клеток во время регенерации хвоста, исследуя гены, специфично экспрессируемые в них».
Исследователи провели single cell RNA-секвенирование и выявили, что предполагаемые мышечные стволовые клетки экспрессируют ген c1qtnf3 больше, чем другие типы клеток. Чтобы понять его функцию, они провели эксперименты по «нокауту» (подавлению) этого гена.
«Нокаут c1qtnf3 привел к нарушению регенерации хвоста, — объясняет Като, — что указывает на его важнейшую роль в этом процессе. Мы также обнаружили, что количество макрофагов в культе хвоста у головастиков с нокаутом было снижено, что предполагает нарушение функции макрофагов».
Связь между стволовыми клетками, макрофагами и регенерацией
Это открытие привело к гипотезе, что макрофаги играют роль в регенерации, которую инициируют мышечные стволовые клетки через c1qtnf3. Для проверки исследователи «перезапустили» макрофаги, используя другой ген — neutrophil cytosolic factor 1, участвующий в функции макрофагов.
«Когда я обнаружил, что принудительная экспрессия этого гена и, как следствие, увеличение числа макрофагов восстанавливает регенерацию хвоста у головастиков, — говорит Като, — это было похоже на соединение точек».
Таким образом, предложенный механизм регенерации хвоста головастика следующий: предполагаемые мышечные стволовые клетки секретируют фактор C1qtnf3, что приводит к накоплению макрофагов в культе хвоста и способствует регенерации.
В будущем исследователи планируют выяснить, как именно макрофаги под влиянием c1qtnf3 способствуют регенерации, и изучить точные клеточные и молекулярные механизмы в регенерирующих тканях.