Биологи обнаружили механизм "кожа-и-кости", лежащий в основе регенерации плавников у рыбок данио

Биологи из Университета Орегона выяснили, как рыбки данио идеально регенерируют ампутированные плавники с точно организованным скелетом.

Взрослые плавники данио, включая их сложный скелет, полностью восстанавливают свою первоначальную форму в течение двух недель после ампутации. Процесс, как обнаружили учёные, управляется кластерами специализированных клеток кожи, которые мигрируют над восстанавливающимися костями (лучами) и "сопровождают" костные клетки в правильные позиции для формирования отдельных костей разветвлённого скелета.

Эти клетки кожи производят белок Sonic hedgehog, который взаимодействует с костеобразующими клетками — остеобластами — и способствует формированию костного рисунка во время регенерации плавника.

"Упорядоченное восстановление плавников данио удивительно наблюдать", — сказал профессор Крин Станкунас. "Плавники данио, которые подобны нашим конечностям, регенерируют идеально. Костные лучи рыбок разветвляются точно так же, как исходная структура. Это было бы похоже на потерю руки с последующим её постепенным восстановлением вместе с кистью и пальцами — все кости восстановлены в первоначальной конфигурации".

По словам Станкунаса, эти открытия не приведут к тому, что люди смогут заново отращивать утраченные конечности, но подобные успехи в понимании фундаментальных процессов регенерации у родственных позвоночных организмов помогут разработать инновационные и целенаправленные терапевтические стратегии для улучшения восстановления сломанных костей.

"Механизм — то, как клетки кожи и кости динамично движутся и взаимодействуют, используя сигнальный путь, — элегантен и неожидан, что расширяет влияние проекта на регенеративную медицину", — отметил Станкунас.

Он добавил, что сигнальный путь Hedgehog также связан с несколькими видами рака у человека.

"Плавник данио предоставляет удобную и простую модель для расшифровки механизмов регенеративного формирования скелетного рисунка", — написали исследователи в своей статье в выпуске журнала Development от 28 марта.

Для исследования команда использовала генетически модифицированных рыбок данио, производящих флуоресцентный белок, который помогает идентифицировать подмножество клеток кожи и кости, реагирующих на сигналы Hedgehog. Метод фото-конверсии показал, что восстанавливающиеся клетки кожи коллективно движутся к кончику регенерирующего плавника. В определённые моменты Sonic hedgehog индуцируется в кластерах клеток кожи, которые затем разделяются на два пула. Одновременно клетки кожи активируют ответ Hedgehog в соседних остеобластах. Это заставляет их ассоциироваться с клетками кожи и совместно мигрировать в разделённые группы. Теперь разделённые костные клетки продолжают регенерировать замещающую кость, но формируют уже два луча вместо одного — разветвлённый скелет.

"Мы могли видеть, что костные клетки, реагирующие на Sonic hedgehog, произведённый кожей, физически прикрепляются к мигрирующим клеткам кожи", — сказал Скотт Стюарт. "Путь быстро выключается, но теперь разделённые группы костных клеток затем образуют два отдельных зрелых костных луча, соединённых в точке ветвления".

Чтобы определить функции сигнального пути Hedgehog, исследователи использовали новый химический ингибитор BMS-833923, чтобы отключить сигнализацию Hedgehog у экспериментальных рыб. При блокировке Hedgehog клетки кожи и кости не взаимодействовали, и плавник регенерировал с палочкообразными лучами вместо формирования разветвлённого скелета.

Используемый в исследовании ингибитор проходит клинические испытания против некоторых форм рака у человека, но ранее не применялся на данио. Путь Hedgehog наиболее связан с базальноклеточной карциномой и медуллобластомой, отметил Станкунас.

"Ответ Hedgehog абсолютно необходим для ветвления и не важен для любого другого аспекта регенерации", — заключил Станкунас. "Инструкции, управляющие ветвлением, исходят от клеток кожи, разделяющихся на две группы и таким же образом разделяющих остеобласты. Это новая информация. Именно схема движения, генерируемая сигнализацией, регенерирует плавник. Это совместная работа кожи и кости".