Некоторые животные, вроде саламандр или тритонов, способны довольно быстро регенерировать утерянные части тела. Мыши могут похвастаться отращиванием ампутированных кончиков пальцев.
Человек же в вопросах регенерации крайне слаб: наше тело с трудом создаёт рубцовую ткань на месте порезов, а отрезанные конечности мы воссоздавать вообще не умеем.
Биологи решили поучиться у земноводных и червей, чтобы исправить это досадное недоразумение природы. Недавно учёные завершили три независимых исследования, которые рассказали о некоторых важных аспектах регенерации у плоских червей.
Все три работы в первую очередь рассматривали гены Wnt. Они кодируют серию ферментов, которые передают информацию из внешней среды в ядро клетки, а также производят белок бета-катенин (β-catenin), регулирующий экспрессию генов. Гены Wnt встречаются в клетках всех животных, но исследователи заинтересовались в первую очередь механизмом их работы у плоских червей планарий.
Науке уже было известно, что гены Wnt экспрессируются неравномерно: больше в хвостовой части, меньше на середине тела и менее всего у головы червей. Биологи предполагали, что гены задействованы в регулировании работы стволовых клеток во время самолечения. Тогда исследователи задались вопросом: влияет ли экспрессия генов Wnt на способность некоторых видов червей к регенерации? Чтобы разобраться в этом, несколько научных групп провели эксперименты.
Первая группа попыталась выяснить, почему некоторые виды червей, если их тела разрезать по-разному, восстанавливают части тела неодинаково. Например, если их разрезать так, что хвостовая часть окажется меньше головной, то хвост из головы они отрастить себе смогут, а вот голову из хвоста — уже нет. А если разрезать червя так, чтобы головная часть оказалась меньше хвостовой, то из двух половинок появятся два новых червя.
Объяснить эту странность в своём исследовании взялся Йохен Ринк (Jochen Rink) из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка. Он экспериментировал с молочно-белыми планариями вида Dendrocoelum lacteum, разрезая их в разных местах. Вместе со своими коллегами он брал образцы ткани в местах среза и секвенировал их РНК. Исследователи обнаружили, что на тех срезах, откуда потом выросли головы, экспрессировались гены, кодирующие серию ферментов, участвующих в сигнальном пути Wnt. Но, по словам Ринка, на тех участках, где части тела не восстановились, Wnt гены не включались вообще.
Вторым исследованием в этой области занимались Филипп Ньюмарк (Phillip Newmark) из университета Иллинойса и Джеймс Сайкс (James Sikes), который ныне работает в университете Сан-Франциско. Они выяснили, что у другого вида червей, Procotyla fluviatilis, гены Wnt ведут себя похожим образом.
Но самое интересное, что за счёт полного подавления гена, регулирующего функции Wnt у червей, можно получить куски нерегенерирующей ткани для отращивания полноценно функционирующей головы. Фактически, планарии не умеют восстанавливать свой мозг, но если подавить всего один ген, то это становится возможным.
Третьей работой занимались учёные из университета Токусимы в Японии. Ёсихико Умесоно (Yoshihiko Umesono) и его коллеги проводили опыты на червях вида Phagocata kawakatsui. Оказалось, что в организме планарий существует регулируемая внеклеточными сигналами киназа (ERK). Ранее никто и не предполагал, что этот фермент играет роль в регенерации.
По мнению Умесоно, белки ERK и Wnt уравновешивают друг друга, будучи в постоянном взаимодействии. Если доминируют белки ERK, то отрастает голова червя, а если больше белков Wnt, то восстанавливается хвост.
Так как ERK и Wnt присутствуют в клетках всех животных, Ринк считает, что любой живой организм потенциально способен регенерировать утраченные конечности. Но у млекопитающих, к примеру, эти гены подавляются и потому чудесного восстановления не происходит.
«Однажды мы научимся удалять то, что подавляет активность этих генов, и тоже будем отращивать головы», — обнадёживает учёный. Воспоминания, как известно, восстановить тоже можно. Того и гляди, станем по-настоящему бессмертными.
Все три исследования были опубликованы в журнале Nature.
Автор: Ася Горина