Отсутствие только одного гена возвращает млекопитающим способность к регенерации тканей

Поиски, начатые десятилетие назад со случайного наблюдения, достигли определенной вехи в своем развитии: обнаружен ген, регулирующий регенерацию у млекопитающих. Отсутствие одного гена, названного р21, дарует потенциальное исцеление мышам – животным, у которых способность к регенерации считалась давно утерянной в процессе эволюции. Такую способность эволюция сохранила только у таких существ, как плоские черви, губки и некоторые виды саламандр.

В статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые из Института Вистар (Wistar Institute) продемонстрировали, что мыши с отсутствием гена р21 приобретают способность к регенерации утерянной или поврежденной ткани.

В отличие от типичных млекопитающих, залечивающих раны путем формирования рубца, эти мыши начинают с образования бластемы, структуры, связанной с быстрым клеточным ростом и де-дифференциацией, наблюдаемой у амфибий. По мнению ученых Института Вистар потеря гена р21 заставляет клетки таких мышей вести себя скорее как эмбриональные стволовые клетки, чем клетки взрослых млекопитающих. Эксперименты ученых предоставляют убедительные доказательства связи между тканевой регенерацией и контролем над делением клеток.

«Почти так же, как у потерявших конечность тритонов, у таких мышей отсутствующая или поврежденная ткань замещается здоровой безо всяких признаков рубцевания», - говорит руководитель исследования Элен Хебер-Катц (Ellen Heber-Katz), доктор философии, профессор Университета Вистар, специализирующаяся в области молекулярного и клеточного онкогенеза. «Пока мы только начинаем осознавать последствия этих открытий, но, возможно, однажды сможем ускорить исцеление людей с помощью временной инактивации гена р21».

Хебер-Катц и ее коллеги использовали мышей с отсутствующим геном р21 для раскрытия тайны, с которой они впервые столкнулись в 1996 году, наблюдая в своей лаборатории за мышами совсем другой линии. MRL-мыши, изучаемые в эксперименте, связанном с аутоиммунными заболеваниями, имели специальные проколы в ушах – часто используемые пожизненные маркеры. Спустя несколько недель исследователи обнаружили, что проколы в ушах заросли без следа. Хотя эксперимент пришлось прекратить, он задал ученым новый вопрос: не являются ли MRL-мыши ключом к регенерации у млекопитающих?

Открытие привело к тому, что лаборатория Хебер-Катц продолжила свою работу сразу в двух направлениях. В сотрудничестве с генетиками Элизабет Блэнкенхорн (Elizabeth Blankenhorn) из Университета Дрексел (Drexel University) и Джеймсом Чеверудом (James Cheverud) из Вашингтонского университета (Washington University) лаборатория сконцентрировала свое внимание на картировании критических генов, вызывающих самоисцеление у мышей. Одновременно ведущиеся в Университете Вистар клеточные исследования выявили, что в культуре клетки MRL-мышей ведут себя совсем не так, как клетки мышей, не способных к самоисцелению. Кхамилиа Бедебаева (Khamilia Bedebaeva), доктор медицины и философии, изучавшая генетические эффекты последствий аварии на Чернобыльском атомном реакторе, сразу же заметила, что такие клетки являются атипичными, а также демонстрируют глубокие различия в характеристиках клеточного цикла и повреждение ДНК. Это натолкнуло доктора философии Эндрю Снайдера (Andrew Snyder) на мысль об изучении путей повреждения ДНК и его влияния на контроль клеточного цикла.

Снайдер обнаружил, что р21, регулятор клеточного цикла, в клетках, взятых из ушей MRL-мышей, постоянно находился в неактивном состоянии. Экспрессия р21 жестко контролируется супрессором опухолей р53, другим регулятором клеточного деления и известным фактором многих форм рака. Конечный эксперимент должен был подтвердить, что мыши с отсутствующим р21 демонстрируют регенерацию аналогичную той, которая наблюдалась у MRL-мышей. И он действительно подтвердил это.

Как выяснилось, мыши с отсутствием гена р21 уже были созданы и широко использовались во многих экспериментах. Но то, что такие мыши легко залечивали свои уши, не было замечено никем.

В нормальных клетках р21 играет роль тормоза, блокирующего прогрессию клеточного цикла в случае повреждения ДНК, предотвращая дальнейшее клеточное деление и потенциальное превращение клеток в раковые. У мышей без р21 наблюдается ожидаемое усиление повреждения ДНК, но как это не удивительно, они не демонстрируют никаких признаков рака.

У MRL-мышей ученые фактически увидели усиление апоптоза - также известного как запрограммированная клеточная смерть – механизма саморазрушения клеток, который часто включается при повреждениях ДНК. По мнению Хебер-Катц именно такой тип поведения клеток наблюдается у животных, которым свойственна регенерация.

Комбинированный эффект усиления клеточной регенерации и апоптоза может позволить клеткам таких организмов быстро делиться без выхода из-под контроля и превращения в раковые. «Фактически, это аналогично тому, что мы видим в эмбрионах млекопитающих, в которых при повреждении ДНК р21 также остается неактивным. Неактивное состояние р21 способствует индукции плюрипотентного состояния клеток млекопитающих, подчеркивая связь между стволовыми клетками, тканевой регенерацией и клеточным циклом», - комментирует Хебер-Катц.

Источник:Нанотехнологии в медицине и биологии