Исследователи из Лаборатории молекулярных основ эмбриогенеза Института биоорганический химии РАН выяснили основные факторы, сделавшие невозможной регенерацию конечностей у современных амниот (рептилии, птицы и млекопитающие). Научная статья вышла в Biological Reviews.
После выхода предков амниот на сушу способность к регенерации конечностей у них оказалась подавленной побочными эффектами, более необходимыми для успешной колонизации суши. Это в свою очередь стимулировало исчезновение многих генов, переставших участвовать в регенерации. В результате у современных амниот, в том числе у человека, неспособность к регенерации конечностей оказалась жестко зафиксированной на геномном уровне.
Способность регенерировать крупные придатки тела — наследственная черта позвоночных, которая варьируется у разных групп животных. Так, анамниоты (рыбы и амфибии) обычно обладают этой способностью, в то же время у амниот (многих рептилий, птиц и млекопитающих) она существенно ограничена. В новом обзоре исследовали факторы, способствующие потере регенеративных способностей.
Фото: ГНЦ ИБХ РАН
Упрощенное эволюционное дерево, показывающее распределение способности к регенерации крупных придатков тела
По всей вероятности, негативное воздействие на регенерацию придатков тела имели четыре эволюционные инновации: развитый адаптивный иммунитет, ороговение кожи, эндотермия (поглощение тепла) тела и увеличение размеров. Эти инновации возникли при переходе из водной в наземную среду обитания.
После прекращения регенеративной способности организмы быстро потеряли отвечающие за это участки ДНК, которые заменились другими, работающими на другие цели. При этом гены, нужные для регенерации, исчезли лишь через много времени после утраты такой способности. Вероятно, потребовалось время для эволюционной перестройки, чтобы потеря этих генов оказалась нейтральной или даже полезной для организма. Дело в том, что гены, связанные с регенерацией целых частей тела, часто еще связаны с развитием конечностей в эмбриональном периоде.
У рептилий, птиц и млекопитающих исчезло около 150 генов, связанных с регенерацией частей тела. У тех животных, которые все еще способны отращивать утерянные куски себя, эти же гены связаны с только с самой ранней стадией регенерации. То есть мы утеряли способность именно начать регенерировать утраченную конечность. Механизмы же, связанные с развитием конечностей в эмбриональном периоде связаны с поздними этапами регенерации — то есть такие гены у нас сохранились.
Следовательно, наиболее перспективным подходом к восстановлению утраченных конечностей у человека могло бы стать создание в лаборатории аналогов эмбриональных зачатков рук и ног на основе стволовых клеток. Затем эти ткани, начавшие расти, нужно будет перености на ампутационную культю. А дальше должны включиться гены, которые у нас остались из-за того, что они же нужны эмбриону для роста рук и ног.
Другие новости по теме...
