Учёные раскрыли секрет регенерации конечностей у аксолотлей
Аксолотль, уникальная саламандра из мексиканских озёр, обладает удивительной способностью полностью восстанавливать утраченные конечности всего за восемь недель. Исследователи из Института молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук (IMBA) выяснили, как клетки этих существ «запоминают» своё положение в организме, чтобы правильно регенерировать ткани после травмы. Результаты их работы были опубликованы 21 мая в журнале Nature.
При повреждении конечности клетки аксолотля активируют сигнальные пути, которые помогают им восстанавливать структуры в соответствии с их изначальным расположением. Клетки на передней стороне (со стороны большого пальца) вырабатывают сигнальный фактор FGF8, а на задней (со стороны мизинца) — Shh. Эти сигналы взаимно усиливаются, обеспечивая правильное формирование новой конечности.
Главный вопрос, на который искали ответ учёные, заключался в том, как клетки «понимают», где именно должны включаться FGF8 и Shh. Лео Оцуки, ведущий автор исследования, объяснил, что ключевую роль играет ген Hand2, который экспрессируется только на задней стороне конечности. Он активирует Shh после травмы, действуя как позиционный маркер, который сохраняет у клеток «память» о том, что они находятся в «зоне мизинца».
Эксперименты показали, что при повреждении клетки задней части увеличивают выработку Hand2, что, в свою очередь, запускает сигнал Shh. Клетки, находящиеся ближе к источнику Shh, регенерируют как задние, а те, что дальше — как передние. После полного восстановления конечности уровень Hand2 снова снижается, и клетки возвращаются в «режим ожидания» следующей травмы.
Учёные провели аналогию с системой радиопередачи: молекулярный сигнал Shh распространяется подобно радиоволне, задавая клеткам в зоне его влияния программу формирования задних структур конечности. Для подтверждения этой модели исследователи трансплантировали клетки из передней (большой палец) в заднюю (мизинец) часть конечности — в результате пересаженные клетки полностью изменили свою программу и начали развиваться как типичные задние клетки.
Это открытие имеет огромное значение для регенеративной медицины. «Если подобная "память" существует в клетках человека, мы могли бы научиться управлять ею, чтобы запускать процессы восстановления тканей», — отметила Элли Танака, руководитель исследования. Ген Hand2 присутствует и у людей, поэтому теоретически его активация в нужных зонах могла бы стимулировать регенерацию.
Прорыв стал возможен благодаря новым методам генетического анализа, разработанным в лаборатории Танаки. Геном аксолотля очень сложен, и стандартные инструменты для других модельных организмов здесь не работали. Однако современные технологии позволили учёным детально изучить механизмы регенерации, открывая перспективы для будущих медицинских применений.
Это исследование не только углубляет понимание биологии аксолотлей, но и вселяет надежду на разработку методов восстановления конечностей у млекопитающих, включая человека.