Ученые выяснили, в чем причина беспрецедентной способности аксолотля к отрастанию конечностей


Фото из открытых источников
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые EPFL пролили свет на беспрецедентные способности аксолотля к регенерации конечностей, бросив вызов давним убеждениям и предложив новое понимание потенциального восстановления конечностей млекопитающих.
 
В спокойных водах Мексики аксолотль — разновидность саламандры — уже давно очаровывает ученых своей замечательной способностью восстанавливать утраченные конечности. Эта интригующая способность сделала его центром внимания исследователей, пытающихся раскрыть секреты регенерации конечностей. Тем не менее, регенеративная способность аксолотля оказалась неуловимой, что вызвало немало споров.
 
Ключевым игроком является структура, известная как «апикально-эктодермальный гребень» (AER), которая играет ключевую роль в развитии конечностей у позвоночных. У развивающегося эмбриона AER формируется из так называемого зачатка конечности и становится основным сигнальным центром, который организует и обеспечивает правильный рост конечностей нового организма. Без AER ни одна конечность не может быть сформирована.
 
Какое это имеет отношение к аксолотлю? Многочисленные исследования, пытающиеся понять, как аксолотль регенерирует свои конечности, не смогли определить, используют ли эти животные или даже имеют ли они клетки AER. Важность этого нельзя недооценивать, учитывая, что эти клетки являются общими для многих видов и считаются необходимыми для успешного развития конечностей, включая человека.
 
Теперь ученые из EPFL и Технического университета Дрездена наконец раскрыли механизм повторного роста конечностей аксолотля, предложив свежие идеи, имеющие огромное значение для регенеративной медицины у людей. Исследование возглавила группа Джана Ацтекина, исследователя ранних независимых исследований (ELISIR) и научного сотрудника Бранко Вайса в Школе естественных наук EPFL, в сотрудничестве с группой Татьяны Сандовал-Гузман в Техническом университете Дрездена.
 
Исследователи начали с создания «атласа» — набора данных высокого уровня — транскриптома отдельных клеток нескольких видов, включая аксолотля, человека, мышей, кур и лягушек. Транскриптом представляет собой полный набор транскриптов РНК, вырабатываемых геномом клетки.
 
«Используя беспрецедентный атлас и сравнивая тысячи отдельных клеток пяти видов, включая человека и аксолотлей, наша стратегия дала нам уникальный шанс определить уникальный клеточный ландшафт аксолотля во время отрастания конечностей, а также насколько эти животные похожи на людей в объективном объективном исследовании. манере», — говорит Джан Ацтекин.
 
Целью атласа было провести детальное сравнение профилей экспрессии генов у разных видов во время развития и регенерации конечностей и определить, какие гены задействованы, а какие нет.
 
Глубокое погружение принесло сокровище: у аксолотлей есть клетки, характеристики которых очень похожи на клетки AER. «Несмотря на предыдущие противоречивые сообщения, наша работа показывает, что эти существа содержат клетки с характеристиками, аналогичными тем, которые необходимы для развития рук и ног у других видов, включая человека», — говорит соавтор исследования Цзисин Чжун.
 
Но в исследовании был некий поворот, который бросает вызов давним предположениям о регенерации конечностей. Ученые использовали подход, называемый «пространственной транскриптомикой», передовой метод, который может выявить, какие гены экспрессируются в определенных частях ткани.
 
Подход показал, что конечности аксолотля не полностью реформируют клетки AER во время регенерации. Ацтекин объясняет: «Во время регенерации у аксолотля AER-подобные клетки не полностью реформируются так, как многие предполагали (даже вопреки догме в наших обычно используемых учебниках), что открывает уникальный подход к возобновлению роста конечностей у аксолотлей».
 
Исследование показало, что аксолотль использует часть фундаментальной программы AER развития конечностей, как и другие виды, но она разделена на разные типы клеток. Помимо оспаривания ранее существовавших предположений о регенерации конечностей и биологии развития, это открытие позволяет теперь исследовать множество стратегий регенерации конечностей у млекопитающих, включая человека.
 
«Раньше считалось, что существует универсальный метод регенерации конечностей, но наши результаты указывают на более сложную реальность», — говорит Чжун. Ацтекин продолжает: «Изучая регенеративные способности аксолотлей и головастиков лягушек, эволюционно наиболее близких к человеку видов со способностями к регенерации конечностей, мы обнаружили, что эти виды используют разные типы клеток в процессе регенерации, предполагая, что может быть несколько способов добиться регенерации конечностей».