Ниско ниво на кислород задейства скрити програми за регенерация на крайници при мишки

Саламандрите и поповите лъжички на жабите могат да възстановяват напълно изгубени крайници след ампутация. При бозайниците това не се случва. Ново изследване, публикувано в списание "Science", предлага обяснение, което не стъпва върху разлики в ДНК, а върху начина, по който клетките възприемат кислорода – и показва, че промяната на тази реакция може да събуди дремещи регенеративни програми в тъканите на мишки.

Кислородът като "привратник"

Екип, ръководен от Джан Азтекин – досега в EPFL, а сега в лабораторията "Фридрих Мишер" на Обществото "Макс Планк" – сравнява ампутирани крайници на жабешки попови лъжички и на миши ембриони, култивирани при строго контролирани нива на кислород. Когато концентрацията на кислород се понижава, за да се имитира водна среда, клетките в крайниците на мишите ембриони затварят раните по-бързо, стават по-подвижни и прехвърлят метаболизма си към гликолиза – комбинация от особености, типична за регенерация, а не за образуване на белези.

В основата на този механизъм стои протеинът HIF1A, който действа като клетъчен сензор за кислород. При хипоксия HIF1A се стабилизира и активира генетични програми, свързани с възстановяването на тъканите. Изкуствената стабилизация на HIF1A в клетките на мишки предизвиква същите ефекти дори при нормални нива на кислород. Освен това пониженото съдържание на кислород променя химичните "етикети" върху белтъците, които уплътняват ДНК: потискащите сигнали се изключват, а гените, нужни за регенерация, се включват.

Видови различия

Поповите лъжички на жабите, за разлика от мишките, демонстрират устойчива регенерация в широк диапазон от нива на кислород – дори при стойности, по-високи от тези в атмосферата. Техните клетки поддържат стабилна активност на HIF1A, тъй като експресират по-малко гени, които по принцип потискат отговора на хипоксия. Когато анализът е разширен към аксолотли и налични данни за човека, учените установяват, че при регенерационно-компетентните амфибии чувствителността към кислород трайно е намалена, докато при бозайниците тя е повишена и бързо изключва регенеративните пътища скоро след травмата.

Към регенеративната медицина

Тези резултати не означават, че възстановяването на крайници при хора е "зад ъгъла". В рамките на изследването учените успяват да активират ранни регенеративни механизми в ембрионални тъкани на мишки, но не и пълно израстване на функционален крайник. Въпреки това работата преосмисля дългогодишен биологичен въпрос, като подсказва, че границата между видовете, които регенерират, и тези, при които зарастването води до белег, може да се окаже по-гъвкава, отколкото се е смятало досега.

"Нашите резултати показват, че регенеративните програми могат да бъдат задействани в тъкани на бозайници и очертават ясен, проверим път към стимулиране на регенерацията на крайници при възрастни бозайници", казва Азтекин.