Зелени протеини разкриха тайната на прераждането саламандри

Нови уроци крайници otraschivaniya преподава учен мексикански саламандър (Ambystoma mexicanum). Това създание - един от най-забележителните примери за самолечение в животинския свят.

Какво е опашка, като някои гущери: саламандър успешно расте нов напълно функционален крак, вместо да се отреже, педантично пресъздава всички кости, всеки мускул, кожата, кръвоносните съдове, нервните влакна ... Това отнема само три седмици. Повредени белите дробове или гръбначен мозък също имат саламандри данни (и редица други), реконструирани прекрасни. И белезите са оставени. Това ще ни бъде така.

Отдавна е известно, че възстановяването на тялото започва с появата на бластема - на туморни подобни групи от клетки, които след това се размножават и се превръщат в различни тъкани. Тези нови клетки са генерирани от нормалните клетки в мястото на нараняване, но бластема клетки - недиференцирани. Въпреки това, те някак си знам какво те тогава се обърне. Така че, вместо загубил краката си, по никакъв начин не може да се появи опашка. Тази система за контрол - една истинска мистерия, завесата на тайната над който повдигна нови експерименти.

Общата схема на експериментите: трансгенни животни синтезират флуоресцентен протеин във всичките си тъкани. Учените са заинтересовани от конкретен клетъчен тип от модел трансплантиран нормални животни, които след това се изрязва крайник. След преминаване на бластема крайник расте сцена отново и флуоресцентни маркери позволяват да се установи - в какъв тип клетки трансплантирани стане "извънземни" (Снимка от Мартин Kragl et.al.).

По-рано, биолози смятат, че бластема клетки - плурипотентни, тоест, всеки един от тях може да се превърне кожни клетки, мускулна тъкан, и така нататък, което води до растеж на дадена тъкан. Екип от учени от Германия и САЩ, които публикуваха статия в Nature, показва - това мнение е погрешно.

За да се разбере тънкостите на регенерацията, изследователите въведени на гена, отговорен за синтеза на зелен флуоресцентен протеин (известен "Нобелова GFP"така важно за подводни организми) в саламандър.

Следваща биолози от своя страна, взети от трансгенни животни или друга клетка и ги въвеждат немодифицирани саламандри в района на бъдещата нараняване. И тъй като генетична информация за GFP продължава във всички клетки - потомците на клетки назаем, позицията им в организма, в това число - в наскоро нараснал тялото може точно да се определи.

По този начин се отвори една прекрасна тайна.

Бластема клетки - не са идентични, въпреки че все още не са клетките на различни тъкани. Но те помня - от кои клетки са се случили, и по този начин бившите мускулните клетки произвеждат само мускулите, нервите клетки - новите нервните клетки на кожата - кожата и така нататък (с малки изключения, от тях - по-долу).

"Много хора имат впечатлението, че същите тези клетки бластема бяха едно и също нещо"- казва Танака. Въпреки това се случи, че бластема - не е хомогенна клетъчна маса и натрупване на прогениторни клетки, генерирани от различни тъкани, които на свой ред водят до всеки от тяхната специфична тъкан.

Това означава, че въпреки етап бластема, тези стволови клетки се различават значително в целия процес на регенерация.

След като отново се увеличава крайник преди назаем Schwann клетки, носещи GFP ген разпространяват и размножават точно по нервните влакна, създавайки техните мембрани. А освен това, няма друг източник на тъканни клетки не се превърне в Шван (снимка D.Knapp / E.Tanaka).

По-специално, експериментите показват, че Schwann клетки (съставляващи защитната обвивка на периферните нерви), получени морски земноводни от трансгенни копия (и следователно - светещия зелен), след етапа на ако плурипотентни стволови клетки (както се смяташе досега) генерира отглеждат отново крак само Schwann клетки.

Изключения включват вътрешния слой на кожата, кожни клетки, където първите могат да се свържат новите крайник хрущялните клетки (и мигрират към правилните позиции) или сухожилията клетки. Но мускулите, например, те не стават.

Бившият бластема до мускулните клетки в новите животински крайници стават кожни клетки или хрущял, хрущялни клетки - няма да се превърне в мускулите, и така нататък - обясни биолози са отворени. Точно както всички клетки, различни от клетките на Шван, недиференциран преминаване фаза, клетки на Шван не се превръщат в новата тялото.

Този резултат е в съответствие с предишната информация, получена самите изследователи. Ели по-специално вече е доказано, че един мускулните влакна в регенерира част може да се прилага за различни видове клетки. Това е довело учените да се чудят каква сложна препрограмиране на самия характер отива в тези клетки?

Но се оказа, - не по-задълбочено препрограмиране там и всичко е много по-прости и по-елегантен. Предишни изследвания са използвани много по-малко точни методи за проследяване на движението на клетки, по-специално багрила, което би могло "бягство" към други клетки - както обясняват авторите на новия опит на предишната си грешка.

Саламандър, особено мексикански показано тук, тъй като те са получени от възрастен ambistomy, често се срещат в аквариуми. Тези земноводни се отглеждат в много страни (снимки wikipedia.org, Гжегож Z., Dot Stasny, Андрю Литъл, chinabreed.com, patries71/flickr.com).

Авторите установили, че някои клетки, не забравяйте, не само тяхната идентичност, но и положението на тялото. Хрущялни клетки, например, не забравяйте, че те образуват рамото преди, или в долната част на крайника, и мигрират към същото в този нов орган, а всички клетки на Шван безразборно просто да се движат и да е място, където те са необходими.

Танака казва, че тази работа ще предизвика голяма промяна в мисленето на изискванията за възстановяване. Обяснявайки защо саламандри могат да регенерират крайници, но хората там, тя обяснява: "Хипотезата е, че саламандри могат значително да променят идентичността на клетката",

Но в действителност, техните клетки никога не губят своята "идентичност"- От новите експерименти - напротив, саламандри изглежда да се използва "ограничен" в способността си да стволови клетки от специфични тъкани, способни да генерират само определена част от новата крайник.

Регенерирани крайниците саламандри. Schwann клетки флуоресцират зелено, което показва, че те са заобиколени от нерви (червено). В други клетки (син), тази zolonogo протеин не се наблюдава, и по този начин Schwann клетки не се превръщат в други клетъчни типове (снимка D. Knapp / Д. Tanaka).

Tanaka посочва, че хората имат стволови клетки от специфични тъкани, които заместват съответните видове тъкан. Само ние имаме такова изцеление е бавен. "Саламандри са нещо много по-сложно, отколкото можем да се създадат човешки стволови клетки"- щастлив учен.

Така че, стимулира човешки клетки да се регенерират, може да не изисква такъв радикал стъпка, тъй като трансформацията на клетките в плурипотентни от борят ангажирани в много университети и институти, демонстрирайки понякога зашеметяващи резултати.

Но сега се оказва, че естеството на патент не предвижда връщане "клетъчна часовник" на толкова много стъпки назад, и се появява само една малка "откат", И този процес е по-скоро като експерименти с директно препрограмиране Някои видове клетки към друга, заобикаляйки плурипотентни етап.

Горе: разпространение на клетки на Шван на 3-ти, 7-ми, 18-ти и 25-ти ден след ампутацията. Долу: различни маркери и образни методи позволяват на учените да се разделят ясно един от другите клетъчни видове (снимка Martin Kragl et.al.).

Алехандро Санчес Алварадо (Алехандро Санчес Алварадо), Изследовател в Университета на Юта и Медицинския институт Хауърд Хюз, изучава феномена на регенерация в земноводни, признава, че методът на генетична "татуировка" трансплантираните клетки - един чудесен нов начин да се учи регенерация на тъканите. И той, казват те, показва, че хипотезата на бластема клетки хомогенностите вярно. (Между другото, в същия брой на Nature Алварадо публикувано собствената си работа по този въпрос).

Но той предупреждава, че учените все още трябва да се определи дали този принцип важи и за възрастни: саламандър и тритони? Ако един и същ механизъм е в основата на други примери за регенерация, тя се промени из основи начина, по който учените за условията на този забележителен процес - казва Алехандро.

Но тя остава без отговор на основния въпрос: ако хората вече имат стволови клетки от различни диференцирани тъкани, които все още прави разликата между нашите клетки и клетките на саламандри? И още - другите животни?

Отворен биолозите безпрецедентен регенерация тъкани в мишки постигнати регенерация крило в пиле, с възстановяването на ген червей разбран - оказва се - има скрити резерви.

Танака и колегите й възнамеряват да се справят с този въпрос, те все още ще проведе експерименти с надеждата да разберете кои гени са включени различни етапи от процеса, както и това, което молекулярни сигнали индуцират клетките на мястото на раната, за да образуват бластема и следвайте цялата нататък пътят да реконструира крайници.