Стимулирование регенерации у медуз, мух и мышей
Исследователи из Калифорнийского технологического института обнаружили условия, при которых различные лабораторные животные могут регенерировать ампутированные конечности. При потреблении диеты с высоким содержанием сахара и незаменимой аминокислоты три разных вида — лунная медуза Aurelia coerulea, плодовая мушка Drosophila melanogaster и обычные лабораторные мыши — продемонстрировали некоторую способность к регенерации конечностей после ампутации.
Хотя некоторые животные известны своей способностью к регенерации — некоторые плоские черви даже отращивают целую голову — ни один из видов в исследовании ранее не показывал способности отращивать конечности после определённых травм. Работа предполагает, что способность к регенерации является врождённой для различных видов и может быть активирована при правильных условиях.
Статья с описанием исследования, проведённого в лаборатории профессора биологии Леи Гоэнторо, опубликована в журнале eLife 7 декабря.
Открытие у медуз
В 2015 году, проводя другие эксперименты с лунной медузой Aurelia coerulea, бывший аспирант Майкл Абрамс (Ph.D. '18) и бывший лаборант Тай Бейсингер заметили, что в редких случаях у медуз появлялись небольшие наросты на месте ампутированного щупальца.
Дальнейшее изучение показало, что четыре условия среды способствуют регенерации:
- Активное плавание животных (в лаборатории они двигались в коническом танке с пузырьками).
- Высокий уровень питательных веществ (ежедневное кормление планктоном).
- Наличие двух активаторов питательной системы — инсулина и незаменимой аминокислоты лейцина — значительно увеличивало частоту и степень регенерации.
- Среда с низким содержанием кислорода.
Эксперименты на других видах
Команда решила проверить, могут ли аналогичные диетические условия индуцировать регенерацию у животных, которые в норме её не проявляют.
Плодовые мушки (Drosophila melanogaster): Аспирантка Фэйт Тан разработала протокол ампутации, оптимизировала добавление инсулина и лейцина в корм и впервые наблюдала признаки регенерации конечностей. Повышенное содержание инсулина и лейцина в корме привело к некоторому отрастанию у 49% мух.
- "Регенерация — это не просто случайный рост; это структурированное восстановление кутикулы, сенсорных щетинок и сустава", — отмечает аспирант Ютянь Ли.
Лабораторные мыши: Команда под руководством Тан и бывшего техника Мартина Хайте провела ампутации ниже ногтя, поперёк дистальной части кости, что обычно не регенерирует. Мыши получали лейцин и сахара с питьевой водой. 10% мышей смогли регенерировать хотя бы часть, а в нескольких случаях — почти весь ампутированный палец.
Значение и будущие исследования
"Инсулин и лейцин — не экзотические молекулы... Мы обнаружили простые питательные факторы, которые могут стимулировать регенерацию", — говорит Майкл Абрамс.
В будущей работе команда планирует изучить механизм, с помощью которого эти распространённые молекулы стимулируют регенерацию сложных структур, и понять, какие типы клеток вовлечены в процесс. Эти открытия ставят новые вопросы и предлагают новые модели для изучения индукции регенерации.