Учёные обнаружили, что у людей уже есть всё необходимое для восстановления конечностей

data-testid=»article-title» class=»content—article-render__title-1g content—article-render__withIcons-3E» itemProp=»headline»>Учёные обнаружили, что у людей уже есть всё необходимое для восстановления конечностейВчераВчера23 минСпособность саламандр к регенерации в конечном итоге может стать и нашей.

В киберпанковском фильме 1995 года «Виртуозность» гены злодея-андроида SID 6.7 были объединены с ДНК змеи, что дало ему сверхчеловеческую способность отращивать утраченные конечности. Аксолотли могут делать это, даже не пытаясь — на самом деле, аксолотль может потерять практически любую часть тела (даже мозг и внутренние органы) и полностью регенерировать её.

Тайны, окружающие регенеративные способности этих вирусно очаровательных амфибий, питали научно-фантастические мечты (и разочарования) ученых на протяжении почти двух столетий, но до недавнего времени никто не понимал механизм, лежащий в основе этой способности. Теперь молекулярный биолог Джеймс Монаган из Северо-Восточного университета совершил прорыв, который позволил нам определить движущую силу регенерации — и, возможно, однажды мы сможем передать эту способность людям.

Позиционная память означает, что аксолотль каким-то образом знает, нужно ли ему отращивать потерянный палец, кисть или всю руку. Это уже было известно как основной механизм регенерации позвоночных, но Монаган обнаружил, что он начинается с ретиноевой кислоты и фермента CYP26B1. Ни один из этих химических веществ не является эксклюзивным для аксолотлей — оба также встречаются в организме человека. Дело лишь в том, что аксолотли могут использовать их по-разному. Более крупные конечности в проксимальных участках, ближе к телу, например, руки, содержат больше ретиноевой кислоты и меньше CYP26B1 (который расщепляет ретиноевую кислоту). А в более мелких участках, дальше от тела, например, руки, меньше ретиноевой кислоты и больше CYP26B1.

«Регенерирующиеся конечности сохраняют свою проксимодистальную (ПД) позиционную идентичность после ампутации. Эта позиционная идентичность генетически кодируется генами паттернирования ПД, которые инструктируют клетки бластемы регенерировать соответствующий сегмент конечности ПД», — заявили Монаган и его команда в исследовании, недавно опубликованном в журнале Nature Communications.

Когда хищник откусывает руку (или что-либо еще) аксолотля, ретиноевая кислота синтезируется в среднем слое кожи и распространяется в зачаток конечности. Это помогает генерировать фибробласты, которые являются клетками соединительной ткани у людей, но регенеративными клетками у этих существ. Фибробласты образуют бластему, или клетки-предшественники конечностей, которые затем растут и дифференцируются, чтобы воссоздать определенную отсутствующую конечность. Бластема отражает поведение зачатков конечностей, которые растут по мере развития эмбриона, и как у эмбрионов, так и у взрослых аксолотлей, получивших травмы, происходит обмен позиционной информацией между стволовыми клетками в бластеме и другими клетками в этой зачаточной конечности, что обеспечивает регенерацию соответствующих тканей там, где им положено расти.

Ген Hoxa13 активирует CYP26B1, который расщепляет ретиноевую кислоту там, где она не нужна, и использует ее для создания шаблона для регенерируемой конечности. Этот распад определяет, сколько ретиноевой кислоты находится в месте ампутации и, следовательно, положение и структуру отрастающей конечности. Более высокие уровни ретиноевой кислоты активируют Shox — фактор транскрипции, который одновременно дает указания для производства белка, регулирующего работу других генов, и участвует в формировании скелета.

Как выяснил Монаган, при нарушении этого процесса могут возникнуть такие дефекты, как аномалии скелета. Повышение уровня ретиноевой кислоты в руке аксолотля привело к тому, что у него выросла не просто другая рука, а совершенно новая рука. Устранение Shox с помощью CRISPR-Cas9 привело к нормальным рукам, но коротким рукам с костями, которые не затвердели должным образом. Это также происходит у людей с мутациями Shox.

Что особенно удивительно в аксолотлях, так это то, что они регенерируют конечность в той же форме, которую она имела до ампутации. Некоторые другие животные, которые регенерируют, например ящерицы, могут отращивать конец отсутствующего хвоста, но в более простой форме, чем исходный. Потребуется гораздо больше исследований, чтобы передать эту способность людям, но материалы есть. Заживление ран без рубцов может стать возможным даже в ближайшем будущем. Что нам нужно сделать дальше, чтобы сделать это будущее реальностью, так это выяснить, что происходит внутри клеток бластемы во время регенерации, и какие части этих клеток нацелены на ретиноевую кислоту.

«Если мы сможем найти способы заставить наши фибробласты прислушиваться к этим регенеративным сигналам, то они сделают все остальное, — сказал Монаган в недавнем пресс-релизе. — Они уже знают, как сделать конечность, потому что, как и саламандра, они сделали её во время развития».