Плоские черви раскрывают ключевой сигнал для регенерации

Ученые из Национального института рака и других учреждений обнаружили, что способность к регенерации у плоского червя Schmidtea polychroa развивается постепенно на ранних стадиях жизни. Регенерация всего тела появляется на определенных эмбриональных и ювенильных стадиях, причем регенерация головы ограничена до тех пор, пока организм не приобретет способность сбрасывать основную ось тела. Стволовые клетки необходимы для роста тканей, но сами по себе недостаточны для запуска полной регенерации.

В исследовании, опубликованном в Current Biology, ученые провели анализ развития, чтобы определить, когда и как возникает способность к регенерации у S. polychroa.

Методы исследования

• Стадированные эмбрионы и молодые особи были рассечены по передне-задней оси для проверки регенерации.
• Экспрессия генов отслеживалась с помощью in situ гибридизации.
• Для идентификации зависимости регенерации от радиочувствительных клеток-предшественников применялось облучение.
• Для проверки механизмов сброса оси использовались эксперименты с нокаутом компонентов Wnt-сигнализации с помощью РНК-интерференции.

Ключевые результаты

• Регенерация всего тела развивалась прогрессивно на поздних эмбриональных и ранних ювенильных стадиях.
• Задние ткани регенерировали из передних фрагментов на более ранних стадиях, а регенерация головных структур из задних фрагментов была отложена до вылупления.
• Восстановление регенерации головы зависело от стадии и было связано со способностью сбрасывать передне-заднюю ось тела.
• Радиочувствительные клетки были необходимы, но недостаточны для регенерации сами по себе.
• Нокдаун эффектора Wnt-пути β-катенина-1 восстанавливал регенерацию головы в иначе неспособных к этому фрагментах.

Выводы и значение

Результаты показывают, что регенерация всего тела — это не врожденное свойство наличия стволовых клеток, а зависит от сигналов развития, которые позволяют сбросить ось тела. Сброс оси оказался критическим регулятором: фрагменты, содержащие функциональные клетки-предшественники, не могли регенерировать, если не были активированы специфические сигналы полярности.

Эти данные указывают на регенерацию как на условную способность, которую можно включать или выключать в зависимости от состояния развития и молекулярного контекста. Более широкие стратегии для индукции регенерации у менее способных к этому животных могут потребовать восстановления не только наличия стволовых клеток, но и сигналов, запускаемых повреждением, которые инициируют установление полярности и идентичности ткани.