Ученые из Венского центра молекулярной биотехнологии (IMBA) и Института молекулярной патологии (IMP) впервые расшифровали молекулярный механизм, который позволяет аксолотлям — амфибиям, способным к регенерации, отращивать утраченные конечности. Ключевую роль в этом процессе играет ген Hand2 (транскрипционный фактор (белок-регулятор), участвующий в развитии сердца и конечностей. – Прим. ред.), который есть и у человека. В перспективе это может означать, что человек сможет обрести способность к регенерации утраченных конечностей, как это уже умеют амфибии. Об этом сообщает inbusiness.kz со ссылкой на nature.com.
В чем суть исследования?
Как выяснили ученые, когда аксолотлю (мексиканской саламандре) ампутируют конечность, на месте раны образуется особая зона, похожая на строительную площадку восстановления. Это бластема — участок, где клетки из разных частей тела собираются и "вспоминают", где они были — спереди или сзади. Эта память позволяет им правильно отрастить недостающий фрагмент лапы — с нужным количеством суставов, пальцев и в правильной ориентации.
Ученые также выяснили, что в задней части конечности постоянно активен ген Hand2 — транскрипционный фактор, отвечающий за пространственную идентичность. При травме он запускает работу другого гена — Shh (Sonic hedgehog), известного своей ключевой ролью в развитии и регенерации тканей. Вместе они образуют положительную обратную связь: Hand2 активирует Shh, а Shh, в свою очередь, усиливает Hand2. Это и есть механизм молекулярной памяти, который позволяет клеткам "вспомнить", что именно они должны восстановить и где.
Можно ли "переписать" эту память?
Оказалось — можно. Ученым удалось временно "обмануть" клетки из передней части конечности аксолотля: с помощью сигнала Shh они запустили в них тот же самый механизм, что и в задней части. Клетки активировали Hand2, сменили свою пространственную идентичность и стали вести себя так, будто всегда принадлежали задней стороне лапы.
Более того, при следующей ампутации эти "перепрограммированные" клетки уже самостоятельно запускали регенерацию по новому сценарию — как полноценные задние. То есть молекулярная память действительно переписывается. Правда, с одной оговоркой: изменить "перед" на "зад" оказалось относительно просто. А вот повернуть этот процесс вспять — почти невозможно. Задние клетки упрямо держатся за свою идентичность.
Почему это открытие важно для человека?
Ген Hand2, играющий ключевую роль в регенерации конечностей у саламандр, есть и у людей. В человеческом организме он активен лишь в эмбриональном периоде — помогает формироваться сердцу и конечностям, а затем "засыпает". До недавнего времени считалось, что вернуть его к активности во взрослом организме невозможно.
Но новое исследование доказывает, что этот ген можно “разбудить”, активировав его через сигнальные молекулы, такие как Shh — другой ген, отвечающий за рост тканей. После такой стимуляции взрослые клетки начинают менять свое “местоположение” в тканевом плане — словно вспоминая, где они были во время развития тела, и начинают восстанавливать утраченные участки.
Это значит, что у человека теоретически есть спящий потенциал для регенерации конечностей — его просто нужно правильно активировать.
Что это может дать в будущем?
Ученые рассматривают несколько перспективных направлений:
Медицина травм и ампутаций: если удастся запустить механизм, аналогичный саламандровому, это может открыть путь к частичной или полной регенерации пальцев, кистей, конечностей у людей, потерявших их в результате аварий, боевых действий или болезней.
Генная терапия: модификация Hand2 и других "эмбриональных" генов в сочетании с современными носителями вроде CRISPR или вирусных векторов может позволить восстанавливать поврежденные ткани без трансплантации.
Инженерия органов и тканей: способность управлять пространственной идентичностью клеток поможет выращивать органы с нужной анатомией в лаборатории, что особенно важно для трансплантологии.
Это исследование — шаг к тому, чтобы не просто заживлять раны, а воссоздавать утраченное. Пока речь идет об экспериментах на амфибиях, но фундаментальные принципы уже понятны. И они применимы к человеку.
Читайте по теме:
Витамин D замедляет старение на клеточном уровне — исследование
