Петербургские эмбриологи раскрыли механизм суперрегенерации у червя нереиса. Оказалось, что ему стволовые клетки для восстановления тканей не нужны — у него действуют те клетки, которые находятся около места повреждения. Ученые уверены: изучение процессов образования новых клеток поможет лучше понять, как устроено заживление ран у человека.
В биомедицине выделяют две глобальные проблемы: образование опухолей из-за неконтролируемого размножения клеток и недостаточное восстановление некоторых тканей. Например, на коже остаются следы от ран в виде шрамов, а повреждения головного и спинного мозга и вовсе бывают необратимыми. Поэтому ученые ищут способы решения этих проблем: в частности, они исследуют животных, которые обладают развитыми способностями к регенерации. Одно из них — кольчатый червь нереис.
В своем исследовании эмбриологи из Санкт-Петербургского государственного университета удаляли морскому червю — зеленому нереису — заднюю часть тела, где расположены нервные волокна, часть кишечника и мышечные клетки, и наблюдали, как она восстанавливается. Окрашивая препараты тканей различными флуоресцентными красителями, они изучали регенерацию: скорость деления и количество новых клеток, появившихся в процессе восстановления.
Выяснилось, что потеря задней половины тела у нереиса кардинально меняет поведение клеток. В течение первых суток после операции клетки в области раны перестают выполнять свои обычные функции и превращаются из мышечных, нервных и эпидермальных в быстро делящихся предшественников недостающей части тела. Так они строят регенерационную почку — зону, откуда у червя будет отрастать новый «хвост». При этом доля делящихся клеток в этой почке достигала 85%, то есть подавляющее большинство клеток в ткани начинали размножаться. Именно благодаря этому весь процесс полноценного восстановления заднего конца тела у нереиса длится всего пять-семь дней. Для сравнения: у ящериц утраченный хвост отрастает примерно месяц.
После закрытия раны благодаря делению большого количества клеток-предшественников образуется новая клеточная масса, деление замедляется и предшественники превращаются в новые нервные, мышечные и покровные клетки. Поэтому сначала новая часть тела выглядит однородной, а затем в ней формируются недостающие ткани и органы.
Ученые детально описали клеточный механизм перестройки тканей, который предполагает возвращение клеток в «эмбриональное» состояние. Ранее считалось, что для регенерации необходимо присутствие стволовых клеток, которые в процессе деления могут приобретать специфические признаки разных тканей. Механизм активации клеточных делений у нереиса, открытый эмбриологами, обеспечивает быструю и полноценную регенерацию без участия стволовых клеток. Ткань восстанавливается за счет превращений тех клеток, которые были на месте раны.
По мнению ученых СПбГУ, исследование позволяет лучше понимать процессы регенерации в организмах и может улучшить методы лечения травм и заболеваний, связанных с повреждением тканей и органов. Впервые появилась возможность сравнивать количественные показатели деления клеток травмированных животных с «эталоном» — быстрой и полноценной регенерацией нереиса. Теперь ученым предстоит изучить более глубокие, молекулярные механизмы, чтобы с одной стороны понять, можно ли их воспроизвести в организме человека, а с другой — найти возможные мишени для новых лекарств против рака и новообразований в целом. Уже имеющиеся данные говорят о сильном сходстве главных стимулов регенерации у животных и человека, к которым относятся локальные сигналы поврежденных тканей и рост нервных окончаний.
«Благодаря результатам работы можно будет лучше понять процессы регенерации. Существование лабораторных моделей, наподобие регенерации нереиса, позволяет по-новому оценить потенциал к восстановлению в животном мире. Детальное описание закономерностей делений клеток у животных открывает возможность поиска и подбора условий для управления этими процессами у человека», — рассказал руководитель проекта, старший преподаватель Санкт-Петербургского государственного университета Виталий Козин.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда и опубликовано в журнале Cells.
