14.10: Регенерація

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5703

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

альт — Малюнок 14.10.2 Регенерація Дугезії та Дугезії

Коли деякі види плоских черв'яків (зліва) обезголовлені, вони можуть регенерувати нову головку. Подвійні ампутовані можуть регенерувати як нову головку на передній поверхні, так і новий хвіст на задній поверхні (праворуч). Вони роблять це шляхом проліферації та диференціації плюрипотентних стовбурових клітин (званих необластами), які вони зберігають у своєму організмі протягом усього життя.

Як клітини знають, чи потрібно розвиватися в голову або хвіст? Завдяки легкості, з якою окремі гени можуть бути вибиті інтерференцією РНК (РНК), було показано, що сигналізація WNT/β-катеніну диктує, де утворюються голова і хвіст.

Блокування сигналізації WNT/β-катеніну за допомогою РНК призводить до формування голови там, де повинен хвостик (виробляти двоголову тварину), тоді як
блокування частини комплексу деградації β-катеніну (тим самим посилюючи шлях) змушує хвіст розвиватися там, де повинна голова (виробляючи двохвосту тварину).

Ці земноводні можуть регенерувати відсутній хвіст, ноги, навіть очі. Ця чудова здатність особливо виражена в личинкової стадії. З цієї причини личинкові саламандри є фаворитами для проведення досліджень регенерації. Наприклад, відрізання хвоста у личинки саламандри ініціює наступну послідовність подій:

Шар клітин епідермісу розростається і покриває пень.
Маса недиференційованих клітин - називається бластема - розвивається трохи нижче.
У відростаючому хвості утворюються м'язи і хрящі.
Нотохорда і спинний мозок виростають у відростає хвіст.
Через кілька тижнів завершується новий, повністю функціональний і анатомічно правильний хвіст.

Механізм

Протягом багатьох років було незрозуміло, чи залежить ця регенерація від

популяція плюрипотентних стовбурових клітин, які проживали в організмі тварин підготовлені до такої події (як відбувається в гідрі) або
дедиференціювання спеціалізованих клітин, наприклад м'язових та хрящових клітин, у культі.

Відповідь, здається, обидва.

Стовбурові клітини спинного мозку мігрують у відростаючий хвіст і диференціюються на кілька типів клітин, включаючи м'язи та хрящі. Хоча стовбурові клітини є ектодермою, вони здатні розвиватися в мезодерму.
М'язові клітини в культі мігрують в бластему в той час як
- повторний вхід в клітинний цикл для отримання тисяч нащадків;
- дедиференціюють, як вони це роблять; тобто вони втрачають характерні білки тощо м'язових клітин.
Незважаючи на те, що ще немає ознак хвоста, його остаточний малюнок встановлюється під час цього процесу, оскільки якщо бластема буде видалена та пересаджена в інше місце, вона продовжить процес регенерації хвоста.
Нарешті клітини бластеми диференціюються на всі типи клітин - нервові, м'язові, хрящі, шкіра - використовуються для побудови регенерованого хвоста.

Ссавці

Хіба ми не бажаємо, щоб у нас були ті ж сили регенерації, що і саламандри: здатні регенерувати відірваний спинний мозок або виростити нове серце! Але, на жаль, ми не можемо. Ми можемо регенерувати деяку шкіру, велику кількість печінки, і самі кінчики пальців рук і ніг. Але ось про це. Просто чому ми так обмежені, невідомо (але є предметом інтенсивних досліджень). Значна частина хвилювання навколо досліджень стовбурових клітин пов'язана з надією, що вони можуть забезпечити засіб відростання пошкоджених або втрачених тканин або навіть органів.

На відміну від ситуації, яка, як видається, утримується для саламандр, дедиференціація спеціалізованих клітин, схоже, не грає ролі у формуванні бластеми у мишей. Натомість різні тканини - епідерміс, волосяні фолікули, потові залози, нейрони (всі ектодерми) і м'язи, кістки, сухожилля, кровоносні судини (мезодерма) - які беруть участь у регенерації кінчика ампутованої цифри миші (пальця або пальця ноги) розвиваються з різноманітної популяції «дорослих» стовбурових клітин в культі, які утримують їх обмежений потенціал розвитку. Про докази цього можна прочитати в Ринкевич, Ю., та ін. , Природа, 476, 409-413 (25 серпня 2011).

Генетичний контроль регенерації

Було виявлено, що ряд генів беруть участь у регенерації. Одним з найпотужніших з них є Wnt.

Ін'єкція агентів (наприклад, молекул антисенсивної РНК), які заважають шляху WNT/β-катеніну
- блокує регенерацію кінцівок в саламандрах і, як ми бачили вище,
- сприяє формуванню голови у регенеруючих планарів, в той час як
ін'єкції агентів, що підсилюють шлях WNT/β-катеніну
- дати можливість пташенятам (які, як і ссавці, в нормі нездатні до регенерації кінцівок) регенерувати крило;
- а також дозволяє регенеруючому планарному сформувати хвіст, де повинна йти голова.