От заживления ран к регенерации
Исследователи из Гейдельбергского университета на примере пресноводного полипа гидры выяснили, как запускается упорядоченная регенерация утраченных тканей или органов после повреждения. Они показали, как неспецифические сигналы заживления раны преобразуются в специфические сигналы формирования паттернов и дифференцировки клеток.
Ключевой эксперимент
В основе работы — повторение классического эксперимента натуралиста XVIII века Абрахама Трамбле: полип гидры разрезали пополам. Верхняя половина регенерировала новый «головной» конец, а нижняя — новый «ногевой» (подошвенный), хотя срез в средней части тела был одинаковым.
Молекулярный механизм
- Неспецифический ответ на повреждение: Любое повреждение запускает неспецифические сигналы заживления через ионы кальция и активные формы кислорода.
- Передача сигнала: Сигналы передаются внутри клетки тремя митоген-активируемыми протеинкиназами (MAPK) — p38, JNKs и ERK. Их активация необходима для регенерации как головного, так и ногевого конца.
- Спецификация паттерна: Затем активируются сигнальные пути Wnt, которые важны для формирования органов и оси тела в эмбриональном развитии. Таким образом, общие сигналы заживления преобразуются в позиционно-специфичные сигналы.
Роль Wnt-сигналинга
Эксперименты показали, что путь Wnt является ключевым компонентом начального общего ответа на травму. В зависимости от силы сигнала он направляет ткань к развитию либо головного, либо ногевого конца.
- При ингибировании MAPK отсутствующую регенерацию можно индуцировать искусственно, с помощью рекомбинантных Wnt-белков.
- В частях тела, лишённых и головы, и ноги, таким способом можно индуцировать формирование головных концов на обоих срезах.
Эволюционная значимость
В сотрудничестве с математиками была разработана модель, показывающая, как базовая позиционная информация в ткани преобразует первоначально недифференцированный ответ на повреждение в дифференцированный процесс формирования паттернов через путь Wnt. Поскольку MAPK и Wnt высоко консервативны в эволюции, этот механизм, вероятно, глубоко заложен в нашем геноме и важен для регенеративных процессов также у позвоночных и млекопитающих.
Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences.
