Разрушить, чтобы построить: ученые раскрыли клеточный механизм сверхбыстрой регенерации морских червей

Петербургские эмбриологи раскрыли механизм суперрегенерации у червя нереиса. Оказалось, что ему для восстановления тканей не нужны стволовые клетки — в предшественники различных тканей трансформируются те клетки, которые находятся около места повреждения. Изучение процессов трансформации и образования новых клеток поможет лучше понять, как устроено заживление ран у человека и почему неконтролируемое деление клеток может вызывать рак. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ) и опубликовано в журнале Cells.

Сегодня в биомедицине есть две глобальные проблемы: образование опухолей из-за неконтролируемого размножения клеток и недостаточное восстановление некоторых тканей (на коже остаются следы от ран в виде шрамов, а повреждения головного и спинного мозга и вовсе бывают необратимыми). Поэтому ученые ищут способы их решения, в частности, они исследуют животных, которые обладают развитыми способностями к регенерации. Одно из них — кольчатый червь нереис. Ранее у нас уже выходил материал о его выдающихся способностях к регенерации. Однако на сегодняшний день остается непонятным механизм столь быстрого восстановления тканей.

В своем исследовании эмбриологи из Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) удаляли морскому червю — зеленому нереису (Alitta virens) — заднюю часть тела, где расположены нервные волокна, часть кишечника и мышечные клетки, и наблюдали, как она восстанавливается. Окрашивая препараты тканей различными флуоресцентными красителями, они изучали показатели, связанные с процессами регенерации: скорость деления клеток, длительность разных стадий регенерации и количество новых клеток, возникших в процессе восстановления.

Оказалось, что ампутация задней половины тела кардинально меняет поведение клеток. В течение первых суток после операции клетки в области раны перестают выполнять свои обычные функции и превращаются из мышечных, нервных и эпидермальных в быстро делящихся предшественников недостающей части тела. Так они строят регенерационную почку — зону, откуда у червя будет отрастать новый «хвост». При этом доля делящихся клеток в регенерационной почке достигала 85%, то есть подавляющее большинство клеток в ткани начинали размножаться. Именно благодаря этому весь процесс полноценного восстановления заднего конца тела у нереиса длится всего 5-7 дней (у ящериц этот процесс занимает месяц или даже больше). После закрытия раны в результате деления большого количества клеток-предшественников образуется новая клеточная масса, деление замедляется и начинается процесс дифференцировки тканей: предшественники превращаются в новые нервные, мышечные и покровные клетки. Поэтому сначала новая часть тела выглядит однородной, а затем в ней формируются недостающие ткани и органы.

Таким образом, ученые детально описали клеточный механизм перестройки тканей, предполагающий возвращение клеток в «эмбриональное» состояние (вышеупомянутые клетки-предшественники). Ранее считалось, что для регенерации необходимо присутствие стволовых клеток, которые в процессе деления могут дифференцироваться и приобретать специфические признаки разных тканей. Механизм активации клеточных делений у нереиса, открытый эмбриологами, обеспечивает эффективную, быструю и полноценную регенерацию без участия стволовых клеток — восстановление ткани происходит за счет превращений тех клеток, которые были на месте раны.

Ценность исследования заключается в том, что оно позволяет лучше понимать процессы регенерации в организмах и может улучшить методы лечения травм и заболеваний, связанных с повреждением тканей и органов. Впервые появилась возможность сравнивать количественные показатели деления клеток травмированных животных с «эталоном» — быстрой и полноценной регенерацией нереиса. Далее ученым предстоит изучить более глубокие, молекулярные механизмы, чтобы с одной стороны понять, можно ли их воспроизвести в организме человека, а с другой — найти возможные мишени для новых лекарств против рака и новообразований в целом. Уже имеющиеся данные говорят о поразительном сходстве главных стимулов регенерации у животных и человека, к которым относятся локальные сигналы поврежденных тканей (провоспалительный ответ) и рост нервных окончаний (иннервация раны).

«Благодаря результатам работы можно будет лучше понять процессы регенерации. Существование лабораторных моделей, наподобие регенерации нереиса, позволяет по-новому оценить потенциал к восстановлению в животном мире. Детальное описание закономерностей делений клеток у животных открывает возможность поиска и подбора условий для управления этими процессами у человека», — рассказывает Виталий Козин, руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, старший преподаватель Санкт-Петербургского государственного университета.