Млекопитающие имеют генетические пути для регенерации глаз, как у рыб, но они "выключены"
Исследователи из Johns Hopkins Medicine, работая с рыбами, птицами и мышами, обнаружили, что естественная способность к регенерации нейронов у млекопитающих не утрачена, а находится в неактивном состоянии. Они выяснили, что генетические пути, позволяющие многим рыбам и другим холоднокровным животным восстанавливать специализированные нейроны глаза после травмы, присутствуют и у млекопитающих, но "выключены", что блокирует регенерацию.
Исследование, опубликованное в журнале Science 1 октября, помогает понять, как гены, контролирующие регенерацию, сохраняются у разных видов и как они функционируют. Это может помочь в разработке методов восстановления клеток, утраченных из-за наследственной слепоты и других нейродегенеративных заболеваний.
Ключевой вывод: "Потенциал к регенерации есть у млекопитающих, включая людей, но эволюционное давление его отключило. Похоже, регенерация — это состояние по умолчанию, а её потеря происходила многократно в ходе эволюции", — говорит профессор нейробиологии Сет Блэкшоу.
Ход исследования
Учёные сосредоточились на клетках Мюллера — вспомогательных клетках в задней части глаза. У рыбок данио (zebrafish) эти клетки реагируют на повреждение светочувствительной сетчатки и восстанавливают её, порождая новые нейроны.
- Модель: Исследователи создали повреждения сетчатки у рыбок данио, цыплят и мышей.
- Метод: С помощью микроскопов и инструментов для картирования генов они наблюдали за реакцией клеток Мюллера.
Результаты: три разных сценария
Немедленная реакция: У всех трёх видов клетки Мюллера после травмы переходили в одинаковое "активное состояние", активируя гены, связанные с воспалением, чтобы ограничить повреждение.
Далее пути расходятся:
- У рыбок данио: Активные клетки Мюллера включали сеть транскрипционных факторов (включая NFI — nuclear factor I), которые "откатывали" клетки к более примитивному состоянию. Это позволяло им дифференцироваться в новые клетки для замены утраченных.
- У цыплят: Активировалась только часть тех "генетических переключателей", что у рыб. Их способность к созданию новых нейронов после травмы оказалась значительно ниже.
- У мышей: Клетки Мюллера оставались в первичном "активном состоянии" несколько дней (против 8–12 часов у рыб), но так и не приобретали способности создавать новые нейроны. Гены NFI у мышей быстро включались вновь после травмы и активно блокировали регенеративный потенциал клеток.
Неожиданное открытие и гипотеза
Учёные с удивлением обнаружили, что те же гены, которые позволяют клеткам рыб регенерировать, у мышей находятся в состоянии "готовности к работе", но никогда не активируются. Вместо этого факторы NFI подавляют эту способность.
Блэкшоу предполагает, что млекопитающие могли утратить эту способность в ходе эволюции для защиты и стабилизации других клеток мозга: "Например, вирусы, бактерии или паразиты могут инфицировать мозг. Было бы катастрофой, если бы заражённые клетки мозга начинали расти и распространять инфекцию по нервной системе".
Перспектива: Детальная картина клеточного ответа на повреждение нейронов может помочь найти способ активировать скрытые регенеративные возможности, заложенные в ДНК человека.