Планарии используют древнюю программу экспрессии генов при регенерации органов

Планарии — крошечные пресноводные плоские черви, способные к удивительной регенерации: из четвертинок тела они могут восстановить целый организм. Около 30% их клеток — стволовые. Ключевой вопрос: как стволовые клетки в фрагменте планарии "понимают", что именно нужно восстановить?

В исследовании, опубликованном 15 апреля 2014 года в журнале eLife, группа учёных из Института медицинских исследований Стоуэрс под руководством Алехандро Санчеса Альварадо определила гены, которые черви используют для восстановления ампутированной глотки (фаринкса).

Методология: два скрининга

1. После ампутации глотки (что лишает червей возможности питаться на неделю) на 3-й день провели микрочиповый анализ. Выявили около 350 генов, активированных ампутацией.
2. С помощью ингибиторных РНК подавили экспрессию каждого из этих генов у новых партий червей, повторили ампутации и наблюдали за восстановлением способности питаться. Список сузился до 20 кандидатов, чьё подавление нарушало регенерацию глотки.

Ключевой регулятор — FoxA

Среди этих факторов особенно сильный эффект показал ДНК-связывающий белок FoxA. Подавление FoxA полностью блокировало регенерацию глотки, но не влияло на восстановление других органов. Микроскопический анализ показал, что стволовые клетки резко увеличивают экспрессию FoxA вскоре после прибытия к месту ампутации.

Эволюционное значение

Ранее было известно, что во время эмбриогенеза FoxA запускает формирование органов, производных энтодермы, у таких разных видов, как мышь и круглые черви. Новая работа показывает, что регенерирующие ткани используют эти эволюционно древние пути экспрессии генов. Это означает, что организмы от человека до плоских червей используют общий "инструментарий" для построения пищеварительной системы.

Новая методика

Исследованию помог случайный метод "селективной химической ампутации". Купание планарий в растворе азида натрия (который они переживали) вызывало аккуратное отделение глотки, что позволило проводить крупномасштабный анализ без утомительной микрохирургии.

Перспективы

Изучение неограниченной регенерации у планарий — плодотворная модель для понимания того, как можно ускорить регенерацию у млекопитающих, где эта способность сильно ограничена. Простота и скорость экспериментов с планариями дают возможность быстро получать ответы на фундаментальные вопросы биологии регенерации.