Цивилизация
Плоский червь планария обладает уникальной способностью к регенерации, намного превосходящей таковую у других многоклеточных. Самый «удачный» опыт позволил вырастить по червю из каждого из 300 кусочков, на которые было разрезано его тело.
Но для ученых наибольший интерес представляет не просто способность клеток-необластов восстанавливать целый организм, а целенаправленная дифференцировка клеточной массы, образующая, попросту говоря, голову или хвост. Но то же самое происходит и в эмбриональном развитии любого другого организма, когда из генетически и морфологически одинаковых клеток развиваются сначала зачатки различных тканей, потом органы и системы.
Ученым из Института биомедицинских исследований имени Уайтхеда при Массачусетском технологическом институте (MIT) под руководством Питера Реддьена удалось объяснить этот механизм — пока только на планарии Schmidtea mediterranea.
Ответственным за поляризацию клеток оказался ген Smed-beta-catenin-1.
По мнению Реддьена, эволюция создала уникальные механизмы, подарившие этим организмам невообразимые способности к регенерации. Поражает и точность природных механизмов. Например, при регенерации более сложноорганизованных многоклеточных на месте травмы зачастую остается подобие рубца, нередко развивается доброкачественная опухоль. У планарий же ничего подобного не наблюдается.
Ученые решили исследовать этот процесс на генетическом уровне, воспользовавшись методом РНК-интерференции, позволяющей с помощью вводимых коротких цепочек РНК избирательно блокировать деятельность определенных генов.
Ученые не уточняют, сколько генов им пришлось перебрать, но своего они всё-таки добились.
Ингибировав ген Smed-beta-catenin-1, они получили животное, у которого все время на месте травмы вместо хвоста отрастала голова.
Для планарии это не столь трагично, ведь ее организм построен абсолютно просто – две цепочки нейронов, соединенные между собой наподобие рельс и шпал; вся её нервная система, пищеварительная представляет из себя простую, даже не сквозную трубку. Все остальное тело заполнено рыхлой паренхимой, в которой располагается и половая система. Сложной кровеносной или другой транспортной сети планария не имеет.
Гораздо интереснее, что гены, схожие со Smed-beta-catenin-1, встречаются у всех позвоночных, от золотой рыбки до человека, и их роль в дифференцировке и специализации ткани была уже показана у амфибий и рептилий.
Бета-катенины, кодируемые этим геном, относятся к числу транскрипционных факторов, способных запускать работу других генов развития, но лишь тогда, когда на клетку действуют белки семейства Wnt.
Исследовав локализацию Wnt в теле планарии, при повреждении ученые обнаружили эти белки практически везде. Но Smed-beta-catenin-1 был активен только в хвосте и ингибировался в области головы с помощью сниженной экспрессии Wnt.
В результате ученые показали не только роль катенинов, но и их взаимосвязь с Wnt, определяющую, какому органу или ткани развиваться на месте повреждения.
Ингибировав бета-катенин на длительное время, ученые получили постепенное замещение хвостов на головы.
Тем самым они доказали, что бета-катенин способен влиять на замещение клеток даже не во время регенерации, а подобное клеточное перестроение позволит разработать механизмы омоложения для всех многоклеточных, ведь запасов стволовых клеток, подобных необластам планарий, в нашем теле достаточно.
Более подробно с работами специалистов можно будет ознакомиться в будущих номерах Science.