Гены sfrp и smoothened критически важны для регенерации утраченных органов

Ученые из Национального научного центра морской биологии имени А. В. Жирмунского ДВО РАН выяснили, что регенерация у морских огурцов зависит от генов sfrp (sfrp1/2/5, sfrp3/4) и гена smo. Эти гены есть и у человека, поэтому полученные сведения в будущем могут поспособствовать развитию регенеративной медицины. Исследование опубликовано в журнале Wound repair and regeneration.

Морские огурцы, или голотурии, имеют вытянутое, часто червеобразное тело, снабженное разнообразными выростами. Эти животные могут восстанавливать небольшие придатки тела, такие как щупальца, амбулакральные ножки, цирры и иглы, заживлять кожные раны. В неблагоприятных условиях эти животные выбрасывают часть своих внутренних органов (куда входят клетки нервной, мышечной, пищеварительной и амбулакральной систем), а затем быстро восстанавливают их. Процесс восстановления весьма сложный и координируется множеством генов.

В рамках новой работы ученые из Национального научного центра морской биологии имени Жирмунского ДВО РАН идентифицировали у голотурии Eupentacta fraudatrix — обычного представителя фауны Японского моря — два гена secreted Frizzled-relatedproteins (sfrp): sfrp1/2/5, sfrp3/4 и один ген smoothened (smo). Рецептор Smoothened и секретируемые белки sFRP выступают в качестве ключевых участников сигнальных путей Hedgehog и Wnt, контролирующих множество различных процессов: образование опухолей, миграцию клеток и эмбриональное развитие.

Чтобы выяснить функции этих генов в регенераторных процессах, ученые снизили их экспрессию (синтез белка) с помощью малых молекул РНК. Работа генов нарушилась, что и позволило биологам понять, за какие функции они отвечают. «Показано, что экспрессия этих генов чрезвычайно важна для формирования регенерата аквафарингеального комплекса (АК) — аналога аристотелева фонаря морского ежа. У животных, подвергнутых нокдауну исследуемых генов, на седьмые сутки регенерации не формировался полноразмерный зачаток АК, соответствующий этому сроку регенерации у контрольных животных. Уменьшение экспрессии этих генов или тормозит формирование АК (sfrp1/2/5) за счет уплотнения соединительной ткани в регенерате, которое, возможно, происходит из-за инактивации металлопротеиназ (MMPs) — белков, перестраивающих волокна соединительной ткани, или же почти полностью разрушает соединительную ткань регенерата, оставляя голые нервы и мышцы (sfrp3/4), также нарушая симметрию формирования зачатка АК. Или даже полностью нарушает формирование АК (smoothened)», — прокомментировал научный сотрудник лаборатории сравнительной цитологии ННЦМБ ДВО РАН Александр Гирич.

Эти гены есть и у млекопитающих, в том числе человека. Sfrp у млекопитающих координируют эмбриогенез, формирование эпителиальных тканей, дифференцировку кардиомиоцитов и вовлечен в канцерогенез. Smoothened способен оказывать влияние на процессы клеточного деления, перестройку цитоскелета, связанную с клеточной миграцией и липидный обмен. Поэтому результаты исследования не только помогают понять биологические процессы морских огурцов, но и закладывают основу для развития технологий регенеративной медицины, которая в будущем, возможно, позволит запускать похожие процессы регенерации у человека.

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».