Отрежьте хвост саламандры, и через несколько недель вырастет почти идеальная замена. Сделайте то же самое с ящерицей, и у нее отрастет новый хвост, но он не будет таким же, как прежний. Сравнив регенерацию хвоста у двух животных, исследователи из Медицинской школы Университета Питтсбурга обнаружили, что стволовые клетки в спинном мозге являются основным ограничивающим фактором.
Это открытие, опубликованное на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, отвечает на давний вопрос о том, почему регенерация хвоста идеальна у саламандры и несовершенна у ящерицы, и может послужить ступенькой к пониманию того, почему мыши вообще не могут регенерировать свои хвосты.
«Традиционной животной моделью для регенерации является саламандра», - сказал старший автор Томас П. Лозито, доктор философии, доцент кафедры ортопедической хирургии Питта, Центра клеточной и молекулярной инженерии и Института Макгоуэна. Регенеративная медицина. «Саламандры могут регенерировать самые разные ткани - мозг, сердце, части глаз, конечности, хвосты - но у них есть целые классы типов молекул и тканей, которые просто не встречаются у млекопитающих, поэтому мы действительно не смогли применить очень многое из того, что мы обнаружили у саламандры, к людям."
По словам Лозито, если цель состоит в том, чтобы перенести исследования регенерации на нерегенерирующие виды, такие как люди, ящерица является гораздо лучшей моделью, чем саламандра. Ящерицы - ближайшие родственники млекопитающих, способные регенерировать придаток, и у них схожий геном и биохимия. Но ящерицы вообще не могут регенерировать утраченные конечности, а их регенерированные хвосты намного проще оригиналов.
"Вы можете легко отличить ящерицу по регенерированному хвосту", - сказал Лозито. Чешуя другая, цветовая гамма другая, а если заглянуть внутрь хвоста, то все ткани другие. Кости нет, скелет полностью хрящевой, одни трубки внутри трубок."
Понимание того, что отличает идеальную регенерацию у саламандры от несовершенной регенерации у ящерицы, закладывает основу для преодоления разрыва между нерегенерирующими видами, сказал Лозито.
Лозито предпочитает ящерицу траурного геккона, который обладает несколькими интересными свойствами, в том числе высокой устойчивостью к трансплантации.
Эта особенность позволила его команде взять нервные стволовые клетки - зарождающиеся предшественники нейронов и глии, окружающие их ненейрональные клетки - у саламандры и вставить их в регенерирующую культю хвоста ящерицы. Цель состояла в том, чтобы увидеть, что сдерживает регенерацию хвоста у ящерицы: биохимическая среда или родные стволовые клетки ящерицы.
Они обнаружили, что трансплантированные стволовые клетки саламандры сохранили свою способность дифференцироваться в несколько типов клеток, включая нейроны. Напротив, нейральные стволовые клетки ящериц могут стать только глиальными клетками, которые не обрабатывают сообщения, управляющие движением и чувствами.
«Это был приятный сюрприз», - сказал ведущий автор Аарон Сан, доктор философии, стажер врача-ученого Питта, который завершил часть своего исследования в лаборатории Лозито. «И это показывает, что, возможно, регенеративные процессы все еще в некоторой степени законсервированы».
Но, по словам Сана, пожалуй, самое удивительное наблюдение заключается в том, что традиционно описываемые «нейральные стволовые клетки», вызывающие регенерацию у ящериц, вовсе не являются «настоящими» нервными стволовыми клетками. Хотя они удовлетворяют многим классическим требованиям, им не хватает определяющей характеристики - способности образовывать разнообразные типы клеток.
Это объясняет, почему у ящериц нет идеальной регенерации хвоста, сказал Лозито. Нервные стволовые клетки не могут производить различные типы клеток, необходимые для воссоздания асимметрии исходного спинного мозга, что, в свою очередь, препятствует развитию костных позвонков.
«Спинной мозг является основным регулятором регенерации хвоста, и эти различия, которые мы наблюдаем между хвостами ящерицы и саламандры, связаны с различиями в качестве стволовых клеток», - сказал Лозито. «Это все из-за нервных стволовых клеток».