Glow-in-the-Dark Axolotls разкриват представа в мистерията на регенерацията на крайниците

Регистрирайте се за бюлетина за научна теория на CNN. .

Малко същество с безочливи хриле, любезна усмивка и светеща зелена кожа просто даде на учените основна улика за решаване на една от най -големите мистерии на биологията: регенерация на крайниците.

„Дългогодишен въпрос в тази област е, какви са сигналите, които казват на клетките на мястото на нараняване да отглеждат само ръката, или да отглеждат цяла ръка“, казва старши автор на изследване Джеймс Монаган, професор по биология и директор на Института за химическо изображение на живи системи в Североизточния университет.

Оказва се, че вещество, наречено ретинова киселина, което обикновено се намира при лечението с акне на ретинол, е отговорно за сигнализирането на това какви части на тялото трябва да се регенерират на ранените клетки на аксолотл - и как изследването е установено.

Ретиноевата киселина е важна и за развитието на човешки ембриони, казвайки на клетките къде да отглеждат глава, глави и крака, обясни Монаган. Но по неизвестна причина повечето от нашите клетки губят способността да „слушат“ регенеративните сигнали на молекулата, докато са в матката.

И въпреки че разраняването на цели човешки крайници все още изглежда като далечните неща от научната фантастика, Монаган каза, че изучаването на сигналната функция на ретиноевата киселина в тези земноводни може да помогне за разработването на нови методи за лечение на хора и генни терапии.

Изучаване на ретиноевата киселина в аксолотите

Axolotls не светят естествено в тъмното. За да наблюдава сигналните сигнали на ретиноевата киселина, екипът на Monaghan използва генетично модифицирани аксолоти, които блестят флуоресцентно зелено, където молекулата активира увредените клетки.

Отначало изследователският екип използва по- „Франкенщайн“ подход, като инжектира прекомерни количества ретиноева киселина в системите на саламандрите и наблюдава ефекта. На мястото на ампутациите аксолотлите ще растат повече от това, от което се нуждаят - замествайки ръка с цяла ръка.

„Ако хвърлите тон ретиноева киселина (място за нараняване), всички тези различни гени, които вероятно нямат нищо общо с необходимия план, ще бъдат активирани“, казва Катрин Маккускер, доцент по биология в Университета на Масачузетс Бостън, който не е участвал в проучването, но също така провежда изследвания на регенерацията на Саламандър Лимб.

За да разберат по -добре как аксолотите използват естествените си нива на ретинова киселина за регенерация на крайниците, Монаган и неговият екип изместиха подхода си.

„Открихме, че един ензим е отговорен за разграждането на ретинова киселина в (Axolotls) тела“, каза Монаган. Когато екипът му блокира този ензим, същите ефекти на Франкенщайн се случиха отново. „Това е наистина вълнуващо и ни взриви, тъй като показва, че нивата на (естествена) ретинова киселина се контролират от тяхното срив.“

С други думи, ранената ръка на аксолотл знае, че не прераства отчасти в ръка, защото ензимът, наречен CYP26B1, блокира процеса на регенерация от по -нататък, обясни МакКускър.

Засега разбирането на тази връзка в регенеративната система на Axolotl е само едно парче от пъзела, каза Монаган. Следващата стъпка ще бъде да се идентифицира точно какви гени ретинова киселина се насочва към клетките по време на регенерация, за да се разкрие допълнително „планът“, който следват тези клетки.

Какво могат да научат хората от аксолотли

Когато клетките на Axolotl са ранени, те преминават през процес, наречен дедиференциация, в който губят своята „памет“ и се връщат в ембрионално състояние, каза Монаган. В това ембрионално състояние клетките стават фокусирани върху генерирането на нови крайници и те могат отново да изслушат сигналите на ретиноевата киселина за изграждане и растеж.

Човешките клетки обаче не се диференцират, когато са ранени, така че те не могат да реагират на сигналите на ретиноевата киселина. Вместо това тъканите ни реагират на нараняване, като бележат, полагат купища колаген и го наричали на ден, каза Монаган.

Но какво ще стане, ако има начин, по който човешките клетки могат да приемат тези заповеди, за да изградят крайници отново?

„Този ​​въпрос е супер интересен, когато става въпрос за генна терапия, защото може би не е нужно да добавяме гени или да премахваме гени, за да предизвикаме регенерация при хора - можем просто да включим съответните гени в точното време или да изключим съответните гени в точния момент“, каза Монаган, като се позовава на технологията като CRISPR, която позволява на учените да правят промени в ДНК, за да предотвратят и лекуват заболяване.

Регенерацията на човешките крайници вероятно е далеч в бъдеще, но след като учените разберат повече за сигнализацията на ретиноевата киселина, технологията може да помогне за връщането на тази регенеративна способност на човешките клетки да лекуват рани и да предотвратят белези, каза МакКускър.

Част от изследванията на McCusker се фокусира върху това как да ускорите процеса на регенерация на крайниците. За Axolotls може да отнеме само няколко дни, за да се възстановят мъничките си ръце, но при напълно пораснал човек този процес може да отнеме години, каза Маккускер.

„Важно е да продължим да правим това основно изследване на биологията“, каза МакКускер. „Намираме супер нови начини за правене на неща, които не смятаме, че са възможни в момента с настоящата хуманна медицина.“