Раннее развитие раскрывает тайны аксолотля
Аксолотль — чемпион среди земноводных по регенерации. Этот находящийся под угрозой исчезновения мексиканский саламандр может полностью восстанавливать конечности, хвост, сердце, позвоночник и глаза, что делает его моделью для исследований в биологии регенерации.
До сих пор основное внимание ученых было сосредоточено на бластеме — скоплении клеток, формирующемся на месте ампутированной конечности или поврежденной ткани, которое координирует процесс регенерации.
Однако ученые из команды по регенеративной биологии Morgridge Institute for Research обратились к эмбриональному происхождению аксолотля. В работе, опубликованной летом 2016 года в журнале Developmental Biology, исследователи изучили 17 стадий развития эмбрионов и обнаружили уникальную серию «волн и спадов» в изменениях экспрессии генов, сменяющихся стабильными периодами.
Эти волны генетических изменений появляются трижды: при первой активации генома, во время формирования раннего кишечника и во время формирования нервной системы. Эта модель дает ученым три цели для сравнения с данными о регенерации конечностей у взрослых особей.
Активация древнего пути
«У нас есть основания полагать, что процесс регенерации конечностей у взрослой особи очень похож на раннее развитие аксолотля», — говорит Джеффри Нельсон, постдокторант Morgridge и соавтор исследования. Взрослое животное, возможно, реактивирует некий древний путь, чтобы запустить формирование конечности.
Основной путь применения этих данных — поиск сходств в экспрессии генов на ранней стадии и в типах клеток, развивающихся в бластеме.
Проект уникален также потому, что раннее развитие аксолотля редко изучается. Из-за огромного генома аксолотль никогда не был полностью секвенирован, в отличие от лягушки — стандартной модели для изучения эмбрионального развития земноводных.
В этой работе использовалось секвенирование, позволившее собрать воедино части транскриптома аксолотля (молекул матричной РНК) и сравнить их с известными транскриптомами лягушки и человека.
В поисках «рецепта» регенерации
Группа ищет ответ на ключевой вопрос: какие гены играют роль в процессе регенерации конечности? Можно ли определить «рецепт», который можно было бы воспроизвести или улучшить у других видов?
Конечная цель — понять пути и молекулы, задействованные в регенеративных способностях этого организма. Затем можно спросить: есть ли у мыши похожие пути, и может ли она реактивировать спящие способности, возможно, скрытые в ее геноме?
Это не надуманный вопрос. Регенерация — это не вопрос «все или ничего». Лягушки, мыши и многие другие виды обладают регенеративными способностями, но не на таком высоком уровне, как аксолотль.
Например, лягушки могут в некоторой степени регенерировать конечности, но они вырастают в виде иглоподобного отростка без дифференциации пальцев. Мыши могут регенерировать кончики пальцев от ногтевого ложа, но не ближе к телу.
«Есть тонкие признаки того, что эти способности существуют у других организмов, но по какой-то причине они не могут осуществить такую же регенерацию, как аксолотль», — говорит Нельсон.
А как насчет людей?
Люди, очевидно, хорошо регенерируют некоторые типы клеток (кожу, мышцы, клетки печени), но почти не регенерируют клетки нервной системы или сложные тканевые системы. Аксолотли особенно хорошо восстанавливают нервную систему, что, по-видимому, играет центральную роль во всем процессе регенерации конечностей.
Самый интригующий вопрос — может ли наука извлечь что-то из исследований аксолотля, применимое в регенеративной медицине человека. Хотя это все еще отдаленная перспектива, именно это является основной причиной, по которой исследования аксолотля являются фокусом регенеративной биологии Morgridge под руководством пионера исследований стволовых клеток Джеймса Томсона.