Оказалось, ген аксолотля (личинка североамериканской саламандры), который умеет отращивать себе конечности в случае травмы, есть и у людей. Вопрос в том, как его активировать.
Ученые сделали новый прорыв в понимании того, как природа восстанавливает утраченные конечности. И этот шаг приближает нас к мечте – отращивать человеческие руки и ноги заново.
Главный герой этой истории – аксолотль, необычная мексиканская саламандра, известная своей уникальной способностью полностью восстанавливать лапы, глаза, сердце и даже части мозга всего за несколько недель. Исследование биолога Джеймса Монагана из Северо-Восточного университета (США) и его коллег, опубликованное в журнале Nature Communications, раскрывает молекулярные тайны этого феномена и открывает путь к возможной регенерации человеческих конечностей.
Как же аксолотль «понимает», какую именно часть тела нужно отрастить? Чтобы ответить на этот вопрос, ученые «генно-модифицировали» аксолотлей так, чтобы клетки светились в темноте. Так они смогли точно отследить молекулярные процессы, запускаемые после ампутации. Ключевым элементом оказался градиент ретиноевой кислоты – производной витамина А, которую мы часто встречаем в кремах от морщин. Эта кислота, словно химический «маяк», подсказывает клеткам, какую именно конечность или ее часть нужно восстановить: палец, руку или ногу.
Джеймс Монаган объясняет, что у аксолотля концентрация ретиноевой кислоты выше у плеча и постепенно снижается к кончикам пальцев. Этот естественный градиент помогает организму точно определить, какая часть конечности отсутствует. Если же уровень кислоты искусственно повысить, клетки «заблуждаются» и начинают отращивать лишнюю конечность – именно так произошло в одном из экспериментов, когда у аксолотля вместо кисти выросла целая дополнительная лапка.
Но это еще не все. Ретиноевая кислота активирует ген Shox, который, что удивительно, есть и у человека. Этот ген играет важную роль в формировании конечностей во время эмбрионального развития. Когда ученые с помощью технологии CRISPR-Cas9 удалили Shox у аксолотлей, конечности отрастали, но были значительно короче и деформированы. «Наши данные показывают, что способность организма восстанавливать конечность зависит от доступа к нужным генам после травмы. По сути, клетки повторяют ту же программу, что и при первом формировании руки или ноги», – говорит Монаган.
У человека есть и ретиноевая кислота, и ген Shox. Но у нас эти механизмы практически неактивны после повреждений. В отличие от аксолотля, у млекопитающих регенерация ограничена и на месте травмы образуется рубцовая ткань, а не новая конечность. Ученые надеются, что понимание молекулярных процессов у аксолотлей поможет разработать новые методы лечения, например, специальные пластыри, которые смогут перепрограммировать клетки человека на восстановление утраченных частей тела.
Биолог Кэтрин Маккаскер из Университета Массачусетса подчеркивает: «Мы пока далеки от того, чтобы отращивать руки и ноги у людей, но фундаментальные исследования, подобные этому, – важный шаг к этой цели». Также ученые выяснили, что регенерация у аксолотлей – не просто рост ткани, а точное воспроизведение сложного «чертежа» конечности.
Теперь исследователи надеются, что изучение саламандр поможет в будущем избавить инвалидов от бионических протезов: им будут заново отращивать руки и ноги.
