Учёные выявили ключевой молекулярный механизм регенерации планарий

Планарии — пресноводные плоские черви, ключевая модель для изучения регенерации и стволовых клеток, так как они могут восстановить любую часть тела, включая голову. Исследователи из Университета Барселоны изучили, как животное «понимает», какую ткань нужно регенерировать.

Геномное исследование

Пластичность планарий обеспечивают необласты — популяция плюрипотентных взрослых стволовых клеток. Сразу после ампутации существует временное окно, когда судьба этих клеток определяется сигналами из области раны. Один из первых шагов — определение оси тела (например, передне-задней).

Чтобы понять этот процесс, учёные провели геномное исследование клеток около раны после ампутации головы и хвоста. Используя методы ATAC-seq и Chip-seq, они проанализировали доступные области генома в этих тканях через 12 часов после ампутации.

Ингибирование или активация пути Wnt для регенерации головы или хвоста

Результаты показали, что через 12 часов после ампутации хроматин меняет конформацию в зависимости от того, нужно ли клеткам у раны регенерировать голову или хвост. Это изменение регулируется активацией или ингибированием сигнального пути Wnt:

• Для регенерации головы путь Wnt ингибируется.
• Для регенерации хвоста путь Wnt активируется.

Новая ткань ещё не сформирована, но клетки уже «знают», какой курс им выбрать.

Сходства и различия с другими организмами

Механизмы, обеспечивающие правильную регенерацию, эволюционно консервативны. Ранее было показано, что регуляция пути Wnt определяет передне-заднюю ось у многих организмов (включая млекопитающих) как в эмбриональном развитии, так и при регенерации у взрослых особей.

Данное исследование раскрывает механизм: путь Wnt определяет, какие гены экспрессируются, регулируя конформацию хроматина с самого начала регенерации.

Отличие планарий в том, что их высокопластичные клетки имеют чрезвычайно активные сигнальные пути (как у эмбрионов), и любое изменение контекста может изменить их судьбу. У млекопитающих пластичность клеток гораздо более ограничена.

Риски перепрограммирования клеток

Исследование показывает, что регенеративная способность связана со способностью клеток к перепрограммированию для изменения своей судьбы. Стратегия улучшения регенерации у человека могла бы заключаться в провоцировании такого перепрограммирования.

Однако учёные предостерегают: это может иметь нежелательные эффекты, например, опухолевую трансформацию. Сигналы, необходимые для регенерации (такие как путь Wnt), при неправильной активации могут также способствовать опухолевым процессам.

Все результаты геномных анализов интегрированы в открытую платформу PlanExp для обмена информацией с научным сообществом.