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

  1. Неспецифический ответ на повреждение: Любое повреждение запускает неспецифические сигналы заживления через ионы кальция и активные формы кислорода.
  2. 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.
  3. 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.