Морские анемоны показали, как животные восстанавливают «форму» после серьёзных травм
Исследователи из группы Икми в EMBL в Гейдельберге показали, что гомеостаз может выходить за рамки внутренней регуляции и активно переопределять форму организма.
Звёздчатая морская анемона (Nematostella vectensis) обладает выдающейся способностью к регенерации. Если отрезать ей голову или ногу, она просто отрастит новую. Если разрезать пополам, каждая часть станет полноценным, полностью функциональным животным.
В отличие от саламандр или рыб, которые восстанавливают утраченные части пропорционально оставшимся, эта анемона использует другой подход. Она изменяет форму всего тела, чтобы сохранить общую пропорцию, даже если это означает корректировку частей, которые не были повреждены. Эта особенность также наблюдается у плоских червей и других животных со способностью к регенерации всего тела.
«Регенерация — это восстановление функции после потери или повреждения ткани», — объяснил Айссам Икми, старший автор нового исследования в журнале Developmental Cell. «Большинство исследований в основном рассматривают паттерны и размеры при регенерации, но наши результаты показывают, что поддержание формы также имеет решающее значение — и организм активно это контролирует».
Исследователи заметили, что при травме ноги анемоны деление клеток происходило не только на месте раны, но и на противоположном конце тела — в области рта. Это указывало на то, что анемона посылала сигналы по всему телу в ответ на травму.
Для изучения этого явления команда использовала метод пространственной транскриптомики в сочетании с продвинутой визуализацией. Они обнаружили, что травма запускала молекулярные изменения как вблизи, так и вдали от раны. Клетки перемещались, а ткани реорганизовывались, эффективно изменяя форму всего тела.
Интересно, что степень изменения формы тела зависела от тяжести травмы. Потеря ноги вызывала слабые изменения, в то время как разрезание анемоны пополам приводило к значительной перестройке.
Команда идентифицировала семейство ферментов — металлопротеазы, — активность которых возрастала по мере увеличения объёма утраченной ткани. Эти ферменты работали не только на месте раны, но и по всему телу, помогая перестраивать ткани.
«Активность металлопротеаз ранее никогда не демонстрировалась у таких животных», — сказал Петрус Стинберген, один из ведущих авторов исследования.
Ключевым открытием стало осознание того, что все эти изменения направлены на восстановление исходной формы анемоны. Измеряя соотношение сторон (длины к ширине), учёные обнаружили, что анемона возвращается к своим пропорциям, существовавшим до травмы. Таким образом, даже если анемона становилась меньше после травмы, она сохраняла ту же форму.
«Мы смогли засвидетельствовать общеорганизменную координацию, которая управляет этой перестройкой», — пояснил Икми. «Эта пропорциональная реакция позволяет анемоне восстановить свою форму, подчёркивая, как такие организмы, как Nematostella, интерпретируют и реагируют на потерю ткани способом, масштабируемым в зависимости от полученного ущерба».
Исследование стало результатом сотрудничества. Команда Рика Корсвагена из Института Хубрехта в Нидерландах помогла внедрить пространственную транскриптомику для морской анемоны. Команда Оливера Штегле из EMBL и Немецкого центра исследования рака (DKFZ) внесла свой вклад в биоинформатический анализ и статистические методы для работы с данными пространственной экспрессии генов.
Следующий большой вопрос, который планирует изучить команда Икми: почему поддержание формы так важно? И как организм ощущает свою собственную форму? Как он понимает, как он выглядит в данный момент?