Низький рівень кисню запускає приховані програми регенерації кінцівок у мишей

Саламандри та пуголовки жаб можуть повністю відновлювати втрачені кінцівки після ампутації. У ссавців цього не відбувається. Нове дослідження, опубліковане в журналі "Science", пропонує пояснення, яке не базується на відмінностях у ДНК, а на тому, як клітини сприймають кисень - і показує, що зміна цієї реакції може пробудити дрімаючі регенеративні програми в тканинах мишей.

Кисень як "воротар"

Команда під керівництвом Джан Азтекіна - дотепер в EPFL, а зараз в лабораторії "Фрідріх Мішер" Товариства "Макса Планка" - порівнювала ампутовані кінцівки пуголовків жаб і мишачих ембріонів, культивованих при строго контрольованих рівнях кисню. Коли концентрація кисню знижується, щоб імітувати водне середовище, клітини в кінцівках мишачих ембріонів закривають рани швидше, стають більш рухливими і переносять метаболізм на гліколіз - комбінацію особливостей, типову для регенерації, а не для утворення рубців.

В основі цього механізму стоїть білок HIF1A, який діє як клітинний сенсор кисню. При гіпоксії HIF1A стабілізується та активує генетичні програми, пов'язані з відновленням тканин. Штучна стабілізація HIF1A в клітинах мишей викликає ті самі ефекти навіть при нормальних рівнях кисню. Крім того, знижений вміст кисню змінює хімічні "мітки" на білках, які ущільнюють ДНК: пригнічуючі сигнали вимикаються, а гени, потрібні для регенерації, включаються.

Видові відмінності

Пуголовки жаб, на відміну від мишей, демонструють стійку регенерацію в широкому діапазоні рівнів кисню - навіть при значеннях, вищих за ті, що в атмосфері. Їхні клітини підтримують стабільну активність HIF1A, оскільки експресують менше генів, які в принципі пригнічують відповідь на гіпоксію. Коли аналіз розширено до аксолотлів та наявних даних для людини, вчені встановили, що при регенераційно-компетентних амфібіях чутливість до кисню постійно зменшена, тоді як у ссавців вона підвищена і швидко вимикає регенеративні шляхи незабаром після травми.

До регенеративної медицини

Ці результати не означають, що відновлення кінцівок у людей є "за рогом". В рамках дослідження вчені змогли активувати ранні регенеративні механізми в ембріональних тканинах мишей, але не повне виростання функціональної кінцівки. Незважаючи на це, робота переосмислює давнє біологічне питання, підказуючи, що межа між видами, які регенерують, і тими, у яких загоєння призводить до рубця, може виявитися більш гнучкою, ніж вважалося досі.

"Наші результати показують, що регенеративні програми можуть бути запущені в тканинах ссавців і окреслюють чіткий, перевірений шлях до стимулювання регенерації кінцівок у дорослих ссавців", - каже Азтекін.