Ученые научились заставлять ткани мыши запускать процесс регенерации, как у ящериц

Регенерация конечности у всех животных начинается одинаково — с заживления раны. Но дальше пути расходятся. У земноводных клетки в месте повреждения быстро меняют свою функцию и превращаются в своеобразный строительный материал, способный создавать новые ткани. У млекопитающих этот процесс почти сразу останавливается. Вместо восстановления организм переходит к медленному рубцеванию, которое физически блокирует возможность роста новой конечности.

Долгое время ученые пытались понять, почему при наличии многих общих генов животные настолько отличаются в своих регенеративных возможностях.

Как пишет National Geographic, ученые из Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии обратили внимание на одно существенное различие между этими группами животных.

Личинки земноводных развиваются в воде, где уровень кислорода значительно ниже, чем в воздухе. Млекопитающим, живущим в атмосфере, богатой этим элементом, кислород сопутствует на каждом шагу — в том числе во время травмы.

Чтобы проверить, не связана ли способность к регенерации с этим фактором, исследователи сосредоточились на белке HIF1A. Он работает как молекулярный датчик кислорода. В условиях гипоксии (когда кислорода мало) HIF1A становится стабильным и запускает генетические программы, необходимые для восстановления тканей. Когда же кислорода много, как в организме млекопитающих, белок быстро деградирует, а механизмы регенерации фактически выключаются.

Для эксперимента ученые взяли ткани, формирующие конечности у головастиков лягушек и эмбрионов мышей, и начали выращивать их в лабораторных условиях с разным уровнем кислорода.

Результаты оказались неожиданными. Когда уровень кислорода вокруг тканей мыши понизили, клетки начали вести себя подобно клеткам земноводных. Раны затягивались значительно быстрее, клетки кожи стали более подвижными, а внутри них активировались гены, характерные для процессов регенерации.

Одновременно в тканях мышей произошел и глубокий метаболический переход. Клетки перестали получать энергию преимущественно за счет обычного кислородного дыхания и перешли на гликолиз — способ производства энергии без использования кислорода. Изменилось даже эпигенетическое состояние клеток — то, как внутри них «упакована» ДНК. Это сделало более доступными участки генома, ответственные за рост новой ткани.

При этом сами головастики оказались почти нечувствительными к повышению уровня кислорода. Их конечности продолжали нормально регенерироваться даже в очень насыщенной кислородом среде. Исследователи полагают, что у земноводных механизмы выявления кислорода естественно приглушены, поэтому HIF1A может работать независимо от внешних условий.

Спящая сила млекопитающих

Как отмечают авторы в своей статье на страницах Science, их исследование стало первым прямым доказательством того, что ткани млекопитающих — по крайней мере на эмбриональном этапе — все еще сохраняют скрытую способность к регенерации. Проблема, вероятно, не в отсутствии нужных генов, а в том, что организм не запускает необходимые программы в ответ на травму.

Определенные признаки такой способности есть и у человека. Наиболее известный пример — печень, которая может восстановить почти полный объем даже после удаления трех четвертей органа. Интересно, что внутри печени уровень кислорода относительно низкий, что хорошо вписывается в новую теорию о роли гипоксии в регенерации.

Ученые подчеркивают, что мы еще не на том этапе, чтобы выращивать человеческие конечности. Но открытие может стать основой для нового направления в регенеративной медицине.

Вместо поиска неизвестных генов исследователи теперь могут сосредоточиться на том, чтобы научиться контролировать механизмы ощущения кислорода в поврежденных тканях.

В будущем воздействие на белок HIF1A или локальное понижение уровня кислорода в зоне раны может помочь при тяжелых повреждениях тканей, уменьшить образование рубцов и, возможно, когда-нибудь поможет запускать процессы восстановления утраченных частей тела у взрослых млекопитающих.

• 0
• 0
• 0
• 0
• 0
• 0
• 0
• 0