В новом исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Current Biology, исследовательская группа из Университета Упсалы в Швеции сообщает о новом понимании регенеративных способностей Stentor, одноклеточного модельного организма для биологии регенерации. В исследовании использовались новые методы экспрессии генов, которые позволили исследователям идентифицировать более тысячи генов, участвующих в процессе регенерации отдельных стенторных клеток.
Некоторые животные, такие как саламандра аксолотля, могут отращивать новые части тела в процессе, который включает в себя создание новых клеток. Поврежденные клетки отмирают, и конечность регенерирует путем деления клеток, что создает новую ткань. Однако одноклеточные организмы не могут использовать эту стратегию, поскольку они состоят только из одной клетки, поэтому при значительном повреждении они обычно умирают. Тем не менее, некоторые одноклеточные организмы, такие как гигантская инфузория Stentor, обладают редкой способностью восстанавливать себя при повреждении в процессе, называемом «самовосстановлением» или «саморегенерацией». В то время как способность Stentor к саморегенерации была известна в течение некоторого времени, подробные сведения о том, какие гены играют роль в этом процессе, до сих пор отсутствовали. Теперь исследовательская группа из Университета Упсалы идентифицировала более тысячи генов, которые участвуют в восстановлении полноценной клетки Stentor после ее разрезания на две половины.
Исследовательская группа из Уппсалы сосредоточила свое внимание на Stentor polymorphus, трубчатой инфузории, которую им удалось выделить из пруда рядом с лабораторией.
«Стенторные клетки огромны и могут достигать 1 мм в длину, что позволяет увидеть отдельные клетки невооруженным глазом без использования микроскопа», - говорит Хеннинг Онсбринг, аспирант кафедры клеточных и молекулярных исследований. биологии Упсальского университета, который был ведущим автором исследования.«Большой размер делает Stentor подходящим для изучения, когда вы хотите проанализировать регенеративную способность на клеточном уровне».
Стенторные клетки имеют четкую форму, с ротовой частью для поедания бактерий на одной стороне и хвостом для прикрепления к частицам на другой стороне клетки. Предыдущие исследования показали, что если разрезать клетку Stentor пополам, каждый фрагмент клетки регенерирует в полностью функциональную клетку со ртом и хвостом. Это означает, что одной половине нужно отрастить рот, а другой половине - хвост. Используя новый метод, исследователи из Упсалы смогли определить, какие гены Stentor участвуют в регенерации нового рта и какие гены отвечают за формирование нового хвоста..
«Метод, который мы использовали, включал секвенирование и количественную оценку молекул РНК в отдельных клеточных фрагментах, что никогда раньше не делалось», - говорит доктор Тийс Эттема, доцент кафедры клеточной и молекулярной биологии Университета Упсалы., который руководил исследованием.«Обычно такие методы применяются только на модельных организмах, для которых доступна последовательность генома. Однако это не относится к Stentor polymorphus. Нам нужно было настроить существующие протоколы и проверить, можем ли мы использовать их для изучения изменений экспрессии генов в регенерирующем Stentor. фрагменты клеток."
Используя недавно разработанный протокол, Онсбринг обнаружил, что в регенерацию ротовой части вовлечено гораздо больше генов, чем в хвостовую часть клетки.
"Ротовая часть клетки используется для питания и представляет собой довольно большую и сложную структуру. Наши результаты показывают, что для восстановления этой структуры рта требуется примерно в десять раз больше генов, чем для регенерации хвостовой части клетки. ", - говорит Онсбринг. «Нам также удалось подтвердить наблюдения предыдущих исследований с помощью микроскопии, которые показали, что клеточная регенерация имеет сходство с процессом клеточного деления. Мы обнаружили, что некоторые гены, ранее участвовавшие в клеточном делении, также активировались на различных стадиях регенерации."
Наконец, исследовательская группа из Уппсалы также определила группу сигнальных белков, известных как протеинкиназы, которые участвуют в клеточной регенерации стенторных клеток.
В предыдущем исследовании недавно сообщалось, что геном Stentor кодирует многие из этих генов протеинкиназ. Однако функция этого расширенного набора генов все еще неясна. Во всяком случае, теперь мы показываем, что многие из этих протеинкиназ являются экспрессируется на определенных стадиях процесса регенерации. Возможно, экспансия этой группы сигнальных генов представляла собой важный эволюционный шаг в появлении способности к самовосстановлению», - заключает Эттема.