Лягушки подсказали биомаркер безрубцовой регенерации

Земноводные обладают высокой способностью к регенерации утраченных частей тела. Например, тритоны и саламандры помимо хвоста и конечностей могут восстанавливать нижнюю челюсть, кишечник, сетчатку, сердце и спинной мозг. Менее ясно то, как у амфибий происходит заживление поверхностных ран. У взрослых млекопитающих при деформации дермы из подкожных тканей к месту травмы мигрируют фибробласты, формируя грануляции, в которых синтезируются коллагены. При этом на ране образуется шрам, сравнительно неэстетичный и функционально ограниченный: рубцовая ткань не содержит потовых желез и волосяных фолликул. Исключением являются иглистые мыши (Acomys).

Прошлые работы показали, что антитела a-SMA, характерные для фибробластов млекопитающих, также встречаются у некоторых земноводных, например аксолотлей (Ambystoma mexicanum), восстановление кожи которых вместе с тем не предполагает рубцевания. В новой работе специалисты из Университета Тохоку и других научных учреждений изучили бластему (скопление однородных клеток на раневой поверхности) гладких шпорцевых лягушек (Xenopus laevis). Авторы использовали линии амфибий, геном которых был модифицирован таким образом, чтобы зеленый флуоресцентный белок «подсвечивал» активность энхансера prx1, в частности фактора транскрипции этого гена как биомаркера бластемы.

Ученые удаляли фрагменты кожи размером от 0,5×1 до 1,5×2,5 миллиметра с головы, спины, передней или задней конечностей животных. В течение 24 часов такие участки зарастали эпидермисом, а спустя месяц — почти полностью, включая дерму и секреторные железы, кожа регенерировала без рубцевания. Активность энхансера prx1 в клетках бластемы при этом наблюдалась, как правило, только в дерме (спустя четыре дня после травмы). Затем, чтобы проверить вклад подкожной бластемы в заживление, авторы пересаживали подопытным лягушкам кожу особей без энхансера. В этом случае активация prx1 также определяла восстановление подкожных, но не поверхностных тканей, особенно в центре ранения.

По словам исследователей, полученные данные подтверждают способность X. laevis к регенерации поверхностных ран без возникновения шрамов и указывают на необходимость дальнейшего изучения роли prx1 в регенерации. Любопытно, что работы 2012–2013 годов показали, что у млекопитающих prx1 регулирует формирование нейральных стволовых клеток и эпителиально-мезенхимальный переход у эмбрионов и в опухолях. Безрубцовое заживление кожи в этом случае, вероятно, обусловливается участием гена в стволовости или миграции клеток. Помочь в прояснении механизма, а также его стимуляции у млекопитающих может полное секвенирование генома X. laevis, проведенное в 2016 году.

Подробности работы представлены в журнале Developmental Dynamics.

Ранее биологи обнаружили механизм регенерации тканей, который основан не на пролиферации, а на увеличении набора хромосом в клетках.