Ключ к регенерации найден в эмбриональном происхождении планарий
Новое исследование из Института медицинских исследований Стоуэрс описывает эмбриональное происхождение планарий, давая новое понимание их выдающихся регенеративных способностей.
Работа, опубликованная в eLife, впервые обнаружила, что взрослые стволовые клетки, называемые необластами и ключевые для регенерации планарий, возникают на определённой стадии эмбрионального развития. Обычно эмбриональные клетки не сохраняются после эмбриогенеза. Однако необласты, созданные в ранних эмбрионах планарий, сохраняются после эмбрионального развития и присутствуют на протяжении всей жизни животного. По-видимому, необласты сохраняют способность активировать эмбриональные программы развития во взрослом возрасте для регенерации частей тела, утраченных из-за травмы.
Исследователи создали стадийный ряд (набор уникальных молекулярных "отпечатков") для эмбрионов Schmidtea mediterranea, а также атлас экспрессии генов, описывающий эмбриональные ткани и формирование основных систем органов во время эмбриогенеза. Эти ресурсы доступны онлайн. Вместе эти инструменты закладывают основу для сравнения процессов эмбриогенеза и регенерации у планарий.
Происхождение необластов
Планарии обладают беспрецедентной способностью к регенерации. Если взрослого червя разрезать, почти любой кусочек может сформировать новое, полностью функциональное животное с мозгом, нервной системой, глазами, почками, кишечником, мышцами и кожей — всего за две недели. Эту способность обеспечивают взрослые стволовые клетки — необласты. Эти клетки и самовозобновляются, и производят все типы клеток взрослого червя. Но их происхождение было неясным.
Исследователи наблюдали масштабный сдвиг в типах экспрессируемых генов примерно через неделю развития. Гены, необходимые для создания различных типов тканей (мозга, мышц, кишечника, почек), начинают включаться в этот период. Именно тогда, когда эмбриональные клетки планарий начинают формировать основные системы органов, возникают и взрослые необласты.
При трансплантации в взрослых планарий, лишённых стволовых клеток, эти эмбриональные клетки прижились и начали размножаться. Они восстановили популяцию стволовых клеток взрослой планарии и продлили её жизнь. Однако трансплантированные эмбриональные клетки из более ранних периодов не прижились, и взрослые планарии-реципиенты погибли.
Во время эмбриогенеза потомство необластов помогает строить червя. После образования необласты поддерживаются на протяжении всей жизни червя, позволяя животному сохранять доступ к программам эмбрионального развития во взрослом возрасте. Понимание этой уникальной особенности планарий может дать дальнейшее представление об их невероятных регенеративных способностях.
Это открытие закладывает основу для будущих исследований того, как специфицируются, поддерживаются и регулируются стволовые клетки, и позволит напрямую сравнивать функцию генов во время эмбриогенеза и регенерации. Знание путей развития, ответственных за регенерацию, также может способствовать будущим терапевтическим достижениям для пациентов с дегенеративными заболеваниями или травматическими повреждениями.
Работа была поддержана Институтом медицинских исследований Стоуэрс, Медицинским институтом Говарда Хьюза и Национальным институтом общих медицинских наук NIH (R37GM057260-17).