Galūnių augimas trunka du | gamta

Galūnių augimas trunka du | gamta

Anonim

Dalykai

  • Vystymosi biologija
  • Regeneracija

Salamandros gali regeneruoti kelis savo organus, įskaitant amputuotas galūnes. Meksikos salamandros analizė rodo, kad dviejų signalinių molekulių skerspjūvis reguliuoja galūnių regeneraciją. Žr. Laišką 407

Salamandrų sugebėjimą regeneruoti galūnes po amputacijos pirmą kartą XVIII amžiuje aprašė italų gamtininkas Lazzaro Spallanzani 1 . Tyrėjai nuo to laiko bandė nustatyti atsinaujinimo formulę, tikėdamiesi atgaivinti šį prarastą žinduolių sugebėjimą. Eksperimentai, atlikti prieš 40 metų 2, parodė, kad galūnių atsinaujinimui reikalingi audiniai iš abiejų galūnės pusių - pusės, arčiau nykščio (priekinės pusės) ir priešingos, užpakalinės pusės. Tačiau šiame procese dalyvaujantys mechanizmai liko paslaptimi. 407 puslapyje, Nacu ir kt . 3 parodyta, kad dvi difuzinės signalizacijos molekulės pagrindžia šį reikalavimą priekiniam ir užpakaliniam audiniams.

Galūnių regeneracijos metu iš galūnės kelmo esančios ląstelės sudaro pirmtakų ląstelių, vadinamų blastemomis, masę, kuri sukuria naują struktūrą 4 . Šiam procesui keliami trys reikalavimai. Pirmiausia turi įvykti žaizdos. Tai gali atrodyti akivaizdu, tačiau žaizdos sukelia keletą audinių atstatymo reakcijų, kurios yra būtinos regeneracijai. Antras reikalavimas - tinkama inervacija, nes galūnės, iš kurių pašalinti nervai, neatsinaujina 5 . Galiausiai blastoje turi būti abstrakciniai ląstelių domenai, gauti iš galinės galinės dalies priekinės ir užpakalinės dalies 2 . Šis paskutinis pastebėjimas rodo, kad skirtingos kilmės ląstelių skerspjūvis sukelia mechanizmus, kurie yra būtini regeneracijai.

Jei žaizdos priekinėje galūnės pusėje yra sujungtos su nervų nukreipimu iš galinės galūnės į žaizdos vietą, o persodinus galinį galūnių audinį ant žaizdos, gali susidaryti papildoma (papildoma) galūnė 6 . Priešingai, žaizdos ir nervų peradresavimas be transplantacijos sukelia „užšalusią“ blastą - regeneracija nevyksta dėl užpakalinio audinio trūkumo. Naudodamiesi labai regeneruojančiais meksikiečių salamandromis, vadinamomis axolotls, Nacu ir kolegos pasirinko šį „tik priekyje“ eksperimentinį modelį kaip atskaitos tašką, norėdami tiksliai ištirti molekulinius kelius, susijusius su priešakinio užpakalinio skerspjūvio metu. Autoriai nustatė, kad užšaldytų blastų apdorojimas molekulėmis, vadinamomis išlygintais agonistais (SAG), atgaivino audinį ir dėl to iš išskirtinio priekinio audinio atsirado papildomos galūnės.

SAG imituoja baltymo, vadinamo Sonic hedgehog (Shh), aktyvumą, kurį paprastai išskiria dauguma užpakalinių ląstelių, esančių pūslelinėje. Shh pasklinda po audinį, prisijungdamas prie receptorių, esančių priimančių ląstelių paviršiuje, kad suaktyvintų tarpląstelines signalų kaskadas. Nacu ir kt . nustatė, kad Shh signalizacijos stimuliavimas priekinėse plazmos ląstelėse SAG suaktyvino kitą išskiriamą difuzinį baltymą - fibroblastų augimo faktorių 8 (FGF8). Nuolatinis FGF8 aktyvumas buvo būtinas gaminant tik priekines galūnes (1a pav.). Be to, FGF8 aktyvacija gali sukelti priekinių galūnių augimą, net nesant Shh signalizacijos.

Image

a . Salamandrose, jei galūnė yra sužeista, o nervai nukreipti į žaizdos vietą, papildoma galūnė gali atsirasti dėl ląstelių klasterio, vadinamo blastema. Tačiau pūslelinė sukuria naują galūnę tik tuo atveju, jei joje yra ląstelių iš pirminės galūnės priekinės ir užpakalinės pusės. Nacu ir kt . 3 praneša, kad blastos, turinčios tik priekinį audinį, negali sudaryti galūnių, nes negauna signalinio baltymo, vadinamo Shh, kurį išskiria užpakalinės ląstelės. Priekinės ląstelės paprastai gamina signalinį baltymą FGF8, reaguodamos į Shh signalą, sukeldamos galūnių formavimąsi. b) Priešingai, tik užpakalinės dalies blastelės gauna Shh, tačiau, reaguodamos į jas, nesuaktyvina FGF8. c . Po galūnių amputacijos tiek užpakalinės, tiek priekinės ląstelės prisideda prie blastozės, o regeneraciją skatina kryžminė indukcija tarp Shh ir FGF8.

Visas dydis

Kaip ir tik priekyje esančios blastelės, tik užpakalinės blastelės negali atsinaujinti, nepaisant to, kad jose yra Shh ekspresuojančių ląstelių. Tirdami šį tariamą prieštaravimą, autoriai nustatė, kad užpakalinis audinys negalėjo suaktyvinti stipraus ir ilgalaikio FGF8 signalo, reaguodamas į Shh (1b pav.). Dėl priverstinio FGF8 ekspresijos užpakaliniame audinyje atsirado papildomų galūnių - tačiau šiuo atveju tik tada, kai buvo aktyvus Shh signalizavimas, nes Shh slopinimas blokavo regeneraciją. Galiausiai Nacu ir kt . patvirtino, kad fiziologiniam galūnių regeneracijai po amputacijos buvo reikalingas signalizavimas Shh ir FGF8 (1c pav.).

Apibendrinant galima pasakyti, kad autoriai tvarkingai išskaidė priekiniam užpakaliniam skerspjūviui būtiną regeneraciją ir apibrėžė veiksnius, kurie skatina blastozės vystymąsi. Priekinės ląstelės negali atsinaujinti vienos, nes joms trūksta Shh signalo iš užpakalinių ląstelių. Užpakalinės ląstelės negali atsinaujinti vienos, nes nesugeba reaguoti į Shh nuolat suaktyvindamos FGF8. Tačiau kodėl priverstinė FGF8 ekspresija nesant Šh signalizacijos negali skatinti galūnių augimo tik užpakalinėje dalyje, liko nepaaiškinta.

Ateityje atliekant analizę bus svarbu išsiaiškinti, ar šie duomenys atspindi faktą, kad priekiniai ir užpakaliniai audiniai turi skirtingus regeneracijos reikalavimus. Alternatyvi galimybė yra tai, kad tai atspindi eksperimentinius projektavimo apribojimus - pavyzdžiui, nespecifinį vaisto, kurį tyrėjai panaudojo slopindami Shh užpakalinėse ląstelėse, poveikį. Panašiai Shh suaktyvinta priešakyje specifinė FGF8 priežastis taip ir liko neišaiškinta, todėl ateityje ji turėtų būti dėmesio centre.

Galūnių atsinaujinimo darbo mechanizmai buvo ilgai diskutuojami ir modeliai skirstomi į dvi plačias klases. Pirmos klasės atstovai teigia, kad kiekvienoje ląstelėje yra padėties informacijos, o regeneracija apima tik vietinę ląstelių sąveiką. Antrosios klasės modeliai, atvirkščiai, skatina difuzinių signalų, kuriuos skleidžia specifiniai blastos regionai, vadinamus organizatoriais, veiksmus, kurie nukreipia aplinkinių audinių vystymąsi.

Nacu ir kolegų darbas palaiko organizatorių modelius, tačiau neatmeta tam tikro padėties kodavimo laipsnio. Laikydamiesi organizatorių modelių, autoriai aiškiai įrodo, kad priekinės ląstelės negamina Shh ir kad tik priekinės galūnės, turinčios tik priekinę dalį, neįgyja užpakalinių ypatybių (pavyzdžiui, joms trūksta skaitmenų, kurie paprastai atsiranda galinėje galūnės pusėje). Tačiau autorių duomenys taip pat rodo, kad blastemos ląstelės linkusios formuoti aiškiai apibrėžtus priekinius ir užpakalinius domenus, teigdamos, kad ląstelės identifikuoja save pagal savo padėtį plačiose srityse - pavyzdžiui, kaip priekinę ar užpakalinę ir, ties statmena ašimi, kaip dorsalinę. arba ventralinis. Keliais būdais šie stebėjimai tinka 7 ribiniam modeliui, kuriame teigiama, kad organizmo regionai, gaminantys difuzines signalines molekules, yra indukuojami ties ribomis tarp plačių galūnių domenų.

Shh ir FGF8 atlieka aiškiai apibrėžtus vaidmenis embrioninių galūnių vystymuisi įvairioms stuburinių gyvūnų rūšims. Apibūdintas teigiamas grįžtamojo ryšio ciklas tarp dviejų signalizacijos kelių ir apima Gremlino, trečiojo išskiriamo difuzinio baltymo 8, 9, signalo perdavimą. Nacu ir kt . nustatė tvirtą Gremlino išraišką, susijusią su priekinio ir užpakalinio audinio sąveika, ir tai rodo, kad ši grįžtamojo ryšio kilpa tikriausiai veikia ir salamandrų galūnių regeneracijos metu.

Atsižvelgiant į evoliucinį Shh ir FGF takų išsaugojimą, šis tyrimas priartina mus prie galimybės naudoti apibrėžtus veiksnius žinduolių audinių regeneracijai skatinti - su sąlyga, kad gali būti sukelta blastozė. Šis progresas kartu su tos pačios grupės neseniai identifikuota difuzine molekule, vadinama MLP, kuri yra atsakinga už ląstelių proliferaciją, sukeliančią blastozės formavimąsi, rodo didelę pažangą ieškant bendrosios organų regeneracijos formulės.

Pastabos

  1. 1.

    Peržiūrėkite visas naujienas ir vaizdus

Susijusios nuorodos

Susijusios gamtos tyrimų nuorodos

  • Vystymosi biologija: ląstelių atsinaujinimo vaizdas

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.