progenes | Дещо про регенерацію

Сучасна регенеративна медицина має три основних підходи у відновленні пошкоджених органів. Перший – це імплантація стовбурових клітин, які отримують сигнал до диференціації в певну тканину безпосередньо з клітинного отчення, в яке їх імплантують. Прикладом може слугувати пересадка стовбурових клітин кісткового мозку при терапії лейкозу. Другий - імплантація стовбурових клітин після інкубації інвітро в спеціальному середовищі, яке містить сигнал, в якому напрямку має йти диференціація. Можливим прикладом є пересадка частково вирощених в пробірці частин органів. І, нарешті, третій підхід - стимуляція регенерації пошкодженого органа таким чином, аби його власні клітини почали ділитись і диференціюватись, аж поки цілісність органу не відновиться.

В той час, коли перші два підходи інтенсивно вивчаються і вже використовуються в тканинній біонженерії та технології стовбурових клітин, третій підхід поки що під прицільною увагою фундаментальних біологів. Відрощування відтятих кінцівок ще довго буде тільки в уяві фантастів. Адже здатність до їх регенерації була втрачена протягом еволюції разом з ускладенням організму, хоча в спадщину нам залишилась, наприклад, здатність до відновлення печінки. Єдині з хребетних, хто може похвалитись здатністю до надзвичайної регенерації різних органів, це деякі види риб, земноводних і плазунів. Власне на них і зосередилась увага вчених, які мають намір вияснити, яким чином відбувається відновлення цілого органу і чи не можем ми щось запозичити для потреб регенеративної медицини.

Модельним об”єктом для таких досліджень є один з видів тритонів Notophthalmus viridescens, який має здатність регенерувати різні частини втраченої кінцівки, верхню та нижню щелепи, частини ока і навіть кишечник. Морфологію і анатомію регенерації у тритонів вивчають вже понад сто років. Вже давно відомо, що на місці ампутованої кінцівки утворюється шар недиференційованих клітин бластема, з якої фактично і починається процес регенерації. Бластема якимось чином “знає”, яку частину кінцівки треба відновити: бластема, яка утворилась на місці відриву кисті, зрегенерує саме кисть, а бластема, що утворилась на місці відриву біля ліктя, зрегенерує чітко від ліктя. Більш того, якщо вже утворену бластему пересадити на іншу культю (або навіть на роговицю ока тритона, хоч як це жахливо і не звучить), то відновиться та частина органу, з якої її взяли. В цьому випадку кажуть, що утворена бластема має позиційну пам'ять і інформацю про власну ідентичність. Очевидно, що при утворенні бластеми клітини отримують певні сигнали з пошкодженої тканини і в результаті запускається генетичний механізм керування напрямку регенерації. Отже, всі пошуки вчених зосередились на пошуку саме цих молекулярних сигналів.

Одним з відносно нових відкртих генів, які можливо відповідальні за формування цієї позиційної пам'яті, виявився ген Prod1, який кодує невеликий білок, що локалізується на поверхні клітин. Вперше його описали в 2002 році британські дослідники Сара да Сільва під керівництвом Джеремі Брокеса. Виявляється, що концентрація цього білку на різних ділянках кінцівки різна: в тканинах в районі плеча його найбільше, а біля кисті найменше (Див. малюнок). Доведено також його безпосередню участь в формуванні бластеми.

Втім, пошук сигнальних партнерів у взаємодії з продуктом гену Prod1, які беруть участь у програмуванні бластеми, продовжився. Зрозуміло, що цей сигнал треба шукати десь на пошкодженій тканині. Погляд британських вчених зосередився на нервових клітинах, про які вже давно відомо, що вони відіграють важливу роль у регенерації.

Елегантний експеримент показав, що якщо за декілька днів перед ампутацією кінцівки перетяти нерв (скажімо десь під пахвою у тритона, як зображено на малюнку), то ніякої регенерації не відбувається взагалі. Очевидно, що сигнал треба шукати там. Виходили з того, що молекула білку, продукту гену Prod1, має фізично контактувати з цим сигналом Х, який ми шукаємо. Отже, взяли нервову тканину і виділили з неї всі гени, які там працюють. За допомогою доволі технічно складного експерименту, який називається двогібридна система , з купи цих генів вдалось знайти один єдиний, продукт якого взаємодіє з Prod1 і назвали його nAG.

Якщо цей ген штучно “вприснути” ( на малюнку це називається "електропорація") в попередньо денервовану кінцівку тритона, де порушена здатність до регенерації, то раптом ця регенерація повністю відновлюється. Таким чином таємничий сигнал Х набув цілком реальних обрисів певної молекули, яку можна навіть подивитись.

Але поки що досі залишається незрозуміло, яким саме чином працюють ці білки. Зате відомо, що у ссавців існують ортологи цих генів, тобто дуже схожі за структурою і, можливо, за функціями: до Prod1 подібний CD59, який регулює передачу певних сигналів в клітині, а до nAG подібний XAG2 і пов”язаний крім усього іншого ще й з розвитком певних типів раку. Але принаймні це вселяє надію на те, що регенераційна машінерія у нас не зовсім втрачена.

Ще досі незрозуміло, чому ссавці втратили здатність до регенерації, має місце скоріше цілий ряд відмінностей від земноводних, ніж якась одинична заміна чи поломка в загальній машинерії. Вважається, що це якось пов”язано з ускладенням саме нервової системи. Втім, спроби розв”язати загадку втрати регенерації не припиняються.

На завершення пропоную вам згалянути в лабораторію, яка вивчає регенерацю у тритонів та подивитись відео (7МБ Quicktime) про відновлення кінцівок у тритона.

P.S. По закінченню написання цієї статті раптом згадався таємничий випадок, який я мала нагоду спостерігати. Моя дитина мала величезну бородавку на нозі, яку ми намагались видалити дуже негуманними методами, які, втім, виявились все одно недієвими. Нарешті я вирішила зводити малу до гомеопата. В ефективність метода я все одно не вірю, натомість дитина чекала на чарівну пігулку з великою надією, бо наші негуманні підходи їй серйозно обридли. Бородавкі відпала через сім днів після вживання першої пігулки, причому на місці здоровеної бородавки на той момент не залишилось навіть сліду. Це навіяло мені дві думки: перша – що вплив відбувся в момент відвідування гомеопата і це навряд чи пігулка. І друга, оскільки бородавка це прояв роботи віруса, то щось все-таки на цей вірус подіяло. Я чогось думаю, що ефект плацебо криється десь там само в нервових клітинах і цілком можливо, що цей агент Х також може бути цілком матеріальною молекулою. Бережіть нерви!