Биоэлектрические паттерны управляют регенерацией планарий после повреждения

Исследователи смогли навсегда изменить регенеративную форму тела плоских червей, сбросив их внутреннюю биоэлектрическую "память" паттернов. В результате даже нормально выглядящие черви несли "код" для регенерации в виде червей с двумя головами. Результаты, опубликованные в Biophysical Journal, указывают на альтернативу геномному редактированию для крупномасштабного контроля регенерации.

Исследование, проведенное учеными из Allen Discovery Center и Департамента биологии Университета Тафтса, показывает:

• Возможно навсегда изменить целевую морфологию, к которой регенерирует тело животного с диким типом геномной последовательности.
• Альтернативные паттерны тела могут быть закодированы у животных с нормальной анатомией и гистологией.
• Биоэлектрические свойства могут постоянно переопределять форму тела по умолчанию, заданную геномом.

"Мы теперь знаем, что биоэлектрические свойства могут навсегда переопределить форму тела по умолчанию... и что биоэлектрические сети могут быть контрольной точкой для исследования скрытых, ранее ненаблюдаемых фенотипов", — заявил Майкл Левин, ведущий автор статьи.

Эксперимент с планариями

Ученые работали с планариями (Dugesia japonica), известными своей способностью к регенерации. В норме ампутированный фрагмент регенерирует в точную копию исходного червя.

Исследователи временно нарушили биоэлектрические сети червей, используя октанол (8 OH) для блокировки щелевых контактов — белковых каналов, позволяющих клеткам обмениваться электрическими сигналами.

Результаты и "память" паттерна

После ампутации:

• 25% фрагментов регенерировали в двухголовых червей.
• 72% регенерировали в нормальных на вид одноголовых червей.
• 3% развились неправильно.

Ключевое открытие: когда нормально выглядящих одноголовых червей, подвергнутых воздействию октанола, позже снова ампутировали (уже в обычной воде), они давали тот же самый высокий процент двухголового потомства при регенерации.

"Память" паттерна регенерации была изменена, хотя это не было заметно в неповрежденном состоянии и проявлялось только после повреждения. Измененная целевая морфология была закодирована не в гистологии или распределении стволовых клеток, а в биоэлектрическом паттерне.

"Измененный регенеративный план тела хранится в биоэлектрических сетях клеток, казалось бы, нормальных планарий, и общеорганизменные биоэлектрические градиенты служат своего рода памятью паттерна", — пояснила Фэллон Дюран, первый автор статьи. "Биоэлектрические сигналы могут действовать как переключатель, который не только может изменить анатомию плана тела, но и отменить эти изменения при обращении".