Proteinele Green a dezvăluit secretul salamandre renaștere

lecții noi membre otraschivaniya om de știință a învățat mexican axolotl (Ambystoma mexicanum). Aceasta creatura - unul dintre exemplele cele mai remarcabile de auto-vindecare în lumea animală.

Ce-i coada, cum ar fi unele șopârle: Axolotl creste cu succes un nou picior pe deplin funcțional în loc să fie tăiate, recrearea meticulos toate oasele, fiecare mușchi, piele, vase de sange, fibrele nervoase ... Este nevoie de doar trei săptămâni. plămâni sau deteriorate ale măduvei spinării, de asemenea, salamandre de date (și un număr de altele), reconstruit minunat. Iar cicatricile sunt lăsate. Asta ar fi noi asa.

Acesta a fost mult timp cunoscut faptul că recuperarea corpul începe cu apariția unui blastema - o tumora-cum ar fi grupuri de celule care proliferează apoi și se transformă în diferite țesuturi. Aceste noi celule sunt generate de celulele normale la locul leziunii, dar celulele blastema - nediferențiat. Cu toate acestea, ei știu cumva ce se întorc atunci. Deci, în loc pierdut picioarele în nici un fel nu poate să apară coada. Acest sistem de control - un adevărat mister, vălul secretului peste care a ridicat noi experimente.

Schema generală a experimentelor: animale transgenice sintetiza proteine ​​fluorescente în toate țesuturile lor. Oamenii de știință sunt interesați de un anumit tip de celule din instanta transplantat animale normale, care este apoi taie un membru. După trecerea blastema membrelor creste un stadiu nou, și markeri fluorescenți permit să se stabilească - în ce tip de celule transplantate devin "străinii" (Fotografie de Martin Kragl et.al.).

Anterior, biologi crezut ca celulele blastema - pluripotente, adică, fiecare dintre ele pot deveni celule ale pielii, țesutul muscular, și așa mai departe, dând naștere la creșterea unui anumit țesut. O echipă de cercetători din Germania și Statele Unite ale Americii, care a publicat articol in Nature, a arătat - acest punct de vedere este eronată.

"Toată lumea, inclusiv noi, ar dori să știe cum celulele țesutului adulte reprogramate pentru a face aceste celule stem blastema, - spune unul dintre cei mai importanti autori ai noua lucrare Elly Tanaka (Elly Tanaka), Profesor la Centrul pentru regenerative terapii din Dresda. Răspunsul nu a surprins doar de alți cercetători, dar, de asemenea, foarte (CRTD foto) sa.

Pentru a da seama subtilitățile regenerare, cercetatorii au introdus gena responsabilă pentru sinteza proteinei verzi fluorescente (cunoscute "Nobel GFP"așa important pentru organismele subacvatice) în axolotl.

Următorii biologi la rândul lor, luate de la animale transgenice sau o altă celulă și le-a introdus salamandre nemodificate în zona de prejudiciu viitor. Si pentru ca informatii genetice despre GFP persistat in toate celulele - urmașii celulelor împrumutate, poziția lor în organism, inclusiv - în organism nou cultivate pot fi urmărite cu precizie.

Astfel, a deschis un secret minunat.

Celulele blastema - nu sunt identice, deși încă nu sunt celule de diferite țesuturi. Dar ei amintesc - din care au luat celule loc, și, astfel, fostele celulele musculare produc doar mușchii, celulele nervilor - noile celule nervoase ale pielii - pielea și așa mai departe (cu câteva excepții, dintre ei - de mai jos).

"Mulți oameni au impresia că aceste aceleași celule blastema au fost toate unul și același"- spune Tanaka. Cu toate acestea, sa întâmplat că blastema - nu este o masă celulară omogenă și acumularea progenitoare generate de diferite țesuturi, care la rândul lor dau naștere la fiecare țesut lor specific.

Aceasta este, în ciuda etapei blastema, aceste celule stem sunt în mod esențial diferite pe tot parcursul procesului de regenerare.

Încă o dată a crescut la nivelul membrelor împrumutate anterior celule Schwann care transporta gena GFP propaga si se multiplica exact de-a lungul fibrelor nervoase, creând membranele lor. Și, în plus, nici o altă sursă de celule de țesut nu se transformă în Schwann (foto D.Knapp / E.Tanaka).

În special, experimentele au arătat că celulele Schwann (care constituie învelișul protector al nervilor periferici) obținute amfibienii guineea din copii transgenice (și, prin urmare, - stralucitoare verde), după etapa de cazul în care celulele stem pluripotente (așa cum se credea anterior) generează un adult din nou picior doar Schwann celule.

Excepțiile includ stratul interior al pielii, celulele pielii în cazul în care primele pot contacta noile celule cartilaginoase la nivelul membrelor (si migreaza în pozițiile corecte) sau celule de tendon. Dar mușchii, de exemplu, ele nu devin.

Fostul blastema la celulele musculare din noile membrelor animale devin celule ale pielii sau cartilaj, celule cartilaginoase - nu va deveni musculare, și așa mai departe - explica biologi sunt deschise. La fel ca și în alte scopuri decât celulele Schwann celule, faza de întâlnire nediferentiat, celulele Schwann nu rândul său, în noul organism.

Acest rezultat este în concordanță cu datele anterioare cercetătorilor înșiși obținute. Ellie, în special, a arătat deja că o fibră unică musculare la nivelul membrului regenerat se poate aplica la diferite tipuri de celule. Acest lucru a condus oamenii de știință să întreb ce fel de reprogramare complex de însăși natura merge în aceste celule?

Dar sa dovedit - nu în profunzime reprogramare acolo și totul este mult mai simplu și mai elegant. Studii anterioare au folosit metode mult mai puțin precise de urmărire a mișcării de celule, în special coloranți, care ar putea "evadare" la alte celule - ca autorii explica noua experiență din greșeala lui anterioare.

Axolotl, în special mexican prezentat aici, deoarece acestea sunt obținute din ambistomy pentru adulți, adesea găsit în acvarii. Aceste amfibieni sunt crescute în multe țări (fotografii wikipedia.org, Grzegorz Z., Dot Stasny, Andrew Little, chinabreed.com, patries71/flickr.com).

Cercetatorii au descoperit ca unele celule, amintiți-vă nu numai identitatea, ci și poziția corpului. Cartilajul celule, de exemplu, amintiți-vă că ele formează un umăr înainte, sau partea inferioară a membrelor, și migrează la fel în noul organism, în timp ce toate celulele Schwann fără discriminare doar muta în orice loc în cazul în care acestea sunt necesare.

Tanaka spune că acest lucru va provoca o schimbare majoră în gândire cu privire la cerințele de regenerare. Explicând de ce salamandre poate regenera membrele, dar oamenii de acolo, explică ea: "Ipoteza a fost că salamandrele poate schimba foarte mult identitatea celulei".

Dar, de fapt, celulele lor nu pierd lor "identitate"- rezultă din noile experimente - dimpotrivă, salamandre par a fi utilizate "limitat" în capacitatea lor de a celulelor stem din țesuturi specifice, capabile să genereze numai o anumită parte a noii membrelor.

salamandre membrelor regenerat. Celulele Schwann verde prezintă o fluorescență, indicând faptul că acestea sunt înconjurate de nervi (roșu). In alte celule (albastre), această proteină zolonogo nu se observă, și astfel celulele Schwann nu se transformă în alte tipuri de celule (foto D. Knapp / E. Tanaka).

Tanaka subliniază faptul că oamenii au, de asemenea, celule stem din țesuturi specifice care înlocuiesc tipurile de țesuturi corespunzătoare. Numai avem o astfel de vindecare este lent. "Salamandre face ceva mult mai complex decât putem face celulele stem umane"- savant fericit.

Deci, pentru a stimula celulele umane pentru a regenera, poate să nu necesite un astfel de pas radical, ca transformarea celulelor în pluripotente decât vying implicat în multe universități și institute, demonstrând uneori rezultate uimitoare.

Dar acum se pare că natura unui brevet nu prevede o revenire "ceas celular" pe atât de mulți pași înapoi, și are loc doar o mică "recul". Și acest proces este mai mult ca experimentele cu reprogramare directă Unele tipuri de celule la alta, ocolind etapa pluripotente.

Deasupra: distribuția celulelor Schwann pe locul 3, 7, 18 și ziua a 25-după amputarea. Jos: diverse metode imagistice markere si permite oamenilor de știință să se separe în mod clar una de celelalte tipuri de celule (foto Martin Kragl et.al.).

Alejandro Sanchez Alvarado (Alejandro Sanchez Alvarado), Un cercetator de la Universitatea din Utah si Institutul Medical Howard Hughes, a studiat, de asemenea, fenomenul de regenerare în amfibieni, recunoaște că metoda de genetică "tatuaj" transplant de celule - un nou mod minunat de a studia regenerarea tesutului. Și el, spun ei, arată că ipoteza celulelor blastema neomogenitatilor adevărate. (Apropo, in aceeasi problema Naturii Alvarado publicat munca proprie pe această temă).

Dar el avertizeaza ca oamenii de stiinta inca nevoie pentru a determina dacă acest principiu este valabil și pentru Axolotl adult și tritoni? În cazul în care același mecanism sta la baza altor exemple de regenerare, se schimba fundamental modul în care oamenii de știință cu privire la condițiile acestui proces remarcabil - spune Alejandro.

Dar rămâne fără răspuns întrebarea de bază: dacă oamenii au deja celule stem de diferite țesuturi diferențiate, ceea ce face în continuare diferența dintre celulele noastre și celulele de salamandre? Și mai mult - celelalte animale?

Deschis biologii regenerare fără precedent țesuturi la soareci realizat regenerare aripă în pui, cu recuperarea genei vierme înțeles - se pare - există rezerve ascunse.

Tanaka si colegii ei intenționează să se ocupe de această chestiune, ei vor efectua în continuare experimente în speranța de a afla care genele sunt pornite pe diferite stadii ale procesului și ce semnale moleculare induc celulele de la site-ul rana pentru a forma o blastema și să urmeze de-a lungul calea mai departe pentru a reconstrui membrelor.

Distribuiți pe rețelele sociale: