Регенерация разных частей тела подчиняется разным молекулярным сигналам

У всех животных есть способность к регенерации, но выражается она по-разному: кто-то способен только к заживлению своих ран, а кому-то и конечность отрастить не проблема. Чемпионами в этом смысле являются плоские черви планарии: если планарию разрезать надвое, то каждая из половин восстановит недостающую часть. Однако даже среди них не все полностью владеют искусством регенерации, некоторые, к примеру, могут восстановить хвост, но не способны вырастить голову.

Удивительные способности планарий давно интригуют учёных, многие из которых надеются, что если мы узнаем механизмы регенерации плоских червей, то сможем активировать их и у себя. Эти механизмы можно было бы выяснить, сравнив регенерационно-молекулярную кухню разных планарий: тех, что регенерируют полностью, и тех, которые не вполне владеют этим даром.

И вот журнал Nature опубликовал сразу три статьи, посвящённые загадке полной и неполной регенерации у разных видов планарий. Любая регенерация, будь то восстановление хвоста у ящерицы или головы у планарий, начинается с заживления раны, после чего к бывшей ране подтягиваются так называемые бластемные клетки. Это разновидность стволовых клеток, которые делятся и дают начало специализированным клеткам, составляющим нервы, мышцы и т. п., — всё, что нужно для восстановления утраченной части тела. Когда регенерация заканчивается, бластемные клетки исчезают.

Учёные пришли к выводу, что у планарий с ограниченной регенерацией первые её стадии проходят так же, как у планарий с регенерацией неограниченной, то есть заживление раны и появление бластемных клеток у них не отличаются. Следовательно, различия начинаются позже, когда нужно сформировать орган или часть тела. Авторы упомянутых статей использовали разные методы, однако результаты получились сходными: при ограниченной регенерации дело оказалось в том, что бластемные клетки не понимают, в какую ткань они должны превратиться, до них просто не доходят соответствующие сигналы.

Причём таких сигналов у планарий два рода — для головы и для хвоста. Исследователи из Института молекулярной и клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка (Германия) пишут в своей статье о сигнальном пути Wnt, в котором важную роль играет белок β-катенин, нужный для восстановления головы. (К таким же выводам в своём материале пришли и учёные из Университета Иллинойса в Урбане и Шампейне.)

Другую сигнальную цепочку, необходимую для восстановления хвоста и использующую ферменты тирозиновой киназы, описывают японские исследователи из Киотского университета. У планарий с ограниченной регенерацией, которые не могли восстанавливать голову, просто-напросто были выключены соответствующие гены, и если их активировали, голова отрастала. (Не вдаваясь в молекулярные подробности этих сигнальных путей, упомянем, что саму идею о различной регуляции для разных частей тела высказывал ещё Томас Хант Морган, который говорил, что планарии используют для восстановления хвоста и головы «хвостовые» и «головные» инструменты.)

Надо думать, что такое же расхождение молекулярно-клеточных путей характерно и для остальных видов регенерации. Грубо говоря, можно сказать, что у амфибий или рептилий эволюция оставила сигнальные пути для восстановления конечностей, но выключила другие сигналы, которые приказывали бластемным клеткам создать голову.

С практической точки зрения, это изрядно усложняет дело, но, с другой стороны, теперь учёные знают, в каком месте регенерация одной части тела начинает отличаться от другой, и это знание, возможно, вскоре понадобится тем, кто занимается проблемой регенерации органов у человека.

Подготовлено по материалам ScienceNOW. Фото на заставке принадлежит Shutterstock.