Тритоны - единственные четвероногие позвоночные, способные регенерировать части тела даже во взрослом возрасте. Когда тритон теряет конечность, на культе образуется масса клеток, называемая бластемой, из которой в конечном итоге регенерируется новая, полностью функциональная конечность. Можно ли объяснить эту замечательную способность генами, общими для позвоночных, включая человека, или уникальными генами, которые, возможно, эволюционировали у тритона?
В исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports, исследователи из нескольких японских университетов, включая Университет Цукуба и Дейтонский университет, сообщают об открытии нового гена Newtic1 в бластеме взрослого тритона. Этот ген экспрессируется в подмножестве эритроцитов и может способствовать регенерации конечностей у взрослых тритонов. Красные кровяные тельца, или эритроциты, доставляют кислород по всему телу животного. В отличие от других клеток тела млекопитающих, эритроциты лишены ядер, что позволяет им переносить больше кислорода и проникать в тонкие кровеносные сосуды. Однако у тритона и большинства других видов, не относящихся к млекопитающим, эти клетки содержат ядро. Помимо доставки кислорода, функция этих ядерных клеток неизвестна. Это исследование впервые дает представление о роли этих ядерных клеток.
В ходе исследования ученые создали базу данных всех кодирующих белок генов японского огнебрюхого тритона, о которых сообщалось в сообществе исследователей японских тритонов. Эта база данных содержала информацию о последовательностях ДНК генов из 19 различных тканей, включая различные регенерирующие органы и бластемы конечностей. Чтобы идентифицировать гены, связанные с регенерацией конечностей, они использовали статистический анализ для поиска генов, экспрессия которых увеличивалась в связи с образованием бластемы конечностей. Из 694 138 последовательностей они обнаружили, что 105 464 экспрессируются в бластеме конечностей. Дальнейший скрининг этих последовательностей привел к идентификации одного гена, который был назван Newtic1. Его существование в тканях тритона было подтверждено с использованием как ДНК, так и белковых методов. Подобные гены существуют у аксолотлей и других видов тритонов, но не у каких-либо других видов. «Newtic1 - это «сиротский» ген, поскольку он не имеет узнаваемого эквивалента у отдаленно родственных видов», - говорит соавтор Фубито Тояма из Университета Уцуномия. «Поэтому трудно предсказать его функцию».
Чтобы понять его функцию, исследователи исследовали, где и когда экспрессируется белок Newtic1 в тритоне. Они использовали специфичные для Newtic1 антитела, чтобы посмотреть на экспрессию Newtic1 в бластеме и в крови. Они обнаружили, что Newtic1 специфически экспрессируется в подмножестве эритроцитов, преждевременных эритроцитах (называемых «PcNobs»). Ген экспрессируется в некоторых, но не во всех клетках PcNob. У нормальных взрослых тритонов скопления PcNobs, экспрессирующие Newtic1, были обнаружены в кровеносных сосудах и венах. Эти скопления были названы скоплением эритроцитов, EryC. Затем исследователи проанализировали экспрессию Newtic1 во время регенерации конечностей взрослых тритонов. EryC вновь генерировались в области культи после закрытия раны через пять дней после ампутации передней конечности в середине предплечья, и их количество увеличивалось по мере образования бластемы. EryCs транспортировались из области культи в бластему через регенерирующие кровеносные сосуды/капилляры, которые тянутся от культи к бластеме. По мере появления пальцев в регенерирующем предплечье количество EryC уменьшалось.
Изучая экспрессию Newtic1 в тканях личинок тритона и бластемах конечностей, исследователи определили, что эритроциты, экспрессирующие Newtic1, не способствуют возникновению бластем конечностей на личиночной стадии.«Вклад EryCs в бластему конечностей, по крайней мере, у этого вида, специфичен для наземной стадии взрослой жизни», - заключает соавтор Чикафуми Чиба, профессор Университета Цукуба..
Исследователи подозревали, что PcNobs содержат активно экспрессирующиеся гены, поэтому они исследовали экспрессию генов в нормальной крови. Результаты предполагают экспрессию многих генов, кодирующих секреторные молекулы, включая факторы роста и металлопротеазы матрикса. Известно, что большинство идентифицированных секреторных молекул участвуют в развитии и ремоделировании кровеносных сосудов, а также в процессах регенерации конечностей. Экспрессия двух идентифицированных факторов роста, для которых были доступны реагенты (TGFß1 и BMP2), была подтверждена в очищенных PcNobs и EryCs.
Экспрессия TGFß1 и BMP2 в регенерирующих конечностях показывает, что EryCs, по-видимому, высвобождают эти факторы в регенерирующие кровеносные сосуды и капилляры, когда они входят в растущую бластему.«Наша гипотеза состоит в том, что EryC могут работать в направлении регенерации кровеносных сосудов и капилляров», - говорит ведущий автор Роман Каско-Роблес, кандидат наук в Университете Цукуба.
«Наши результаты впервые показывают сложное поведение ядерных эритроцитов в нормальной крови и во время регенерации конечностей», - говорит Тикафуми Чиба. «Наши результаты показывают, что PcNobs, доминирующие ядерные эритроциты в циркулирующей крови, переносят различные секреторные молекулы по всему телу».
Хотя уникальная регенеративная способность тритона не может быть полностью объяснена наличием гена Newtic1, его открытие помогло идентифицировать PcNobs и EryCs как вероятных кандидатов, которые обеспечивают важными молекулами поврежденную область или формирующуюся бластему. конечность. Эти результаты могут дать представление о заживлении ран, регенерации и восстановлении тканей у других видов животных.