Некоторые животные, такие как саламандра-аксолотль, могут отращивать новые части тела в процессе, который включает в себя генерацию новых клеток. Поврежденные клетки отмирают, а конечность регенерируется путем деления клеток, в результате чего образуется новая ткань. Однако одноклеточные организмы не могут использовать эту стратегию, поскольку состоят только из одной клетки — следовательно, при значительном повреждении они обычно умирают.
Тем не менее, некоторые одноклеточные организмы, такие как гигантский инфузорий Stentor, обладают редкой способностью восстанавливать себя при повреждении в процессе, называемом «самовосстановление» или «самовосстановление». В то время как способность Stentor к самовосстановлению была известна в течение некоторого времени, подробные сведения о том, какие гены играют роль в этом процессе, до сих пор отсутствуют. Теперь исследовательская группа из Уппсальского университета определила более тысячи генов, которые участвуют в восстановлении полноценной стенторной клетки после разделения на две половины.
Исследовательская группа Упсалы сосредоточила свое исследование на Stentor polymorphus, инфузории в форме трубы, которую они могли выделить из пруда рядом с лабораторией.
«Стенторные клетки огромны и могут иметь длину более 1 мм, что позволяет видеть отдельные клетки невооруженным глазом без использования микроскопа», — говорит Хеннинг Онсбринг, докторант кафедры клеточной и молекулярной биологии Университета Упсалы. кто был ведущим автором исследования. «Большой размер делает Stentor подходящим для изучения, когда вы хотите проанализировать регенеративную способность на клеточном уровне."
Стенторные клетки имеют отчетливую форму: ротовая часть для поедания бактерий на одной стороне и хвост для прикрепления к частицам на другой стороне клетки. Предыдущие исследования показали, что если разрезать стенторную клетку пополам, каждый клеточный фрагмент регенерирует в полностью функциональную клетку с ртом и хвостом.
Это означает, что одной половине нужно отрастить рот, а другой половине — регенерировать хвост. Используя новый метод, исследователи из Упсалы смогли определить, какие гены Stentor участвовали в регенерации нового рта и какие гены отвечали за построение нового хвоста.
«Метод, который мы использовали, включал секвенирование и количественную оценку молекул РНК в отдельных клеточных фрагментах, чего раньше никогда не делали», — говорит д-р. Тийс Эттема, доцент кафедры клеточной и молекулярной биологии Уппсальского университета, руководивший исследованием. "Обычно такие методы применяются только к модельным организмам, для которых доступна последовательность генома.
Однако это не относится к Stentor polymorphus. Нам нужно было настроить существующие протоколы и проверить, можем ли мы использовать их для изучения изменений экспрессии генов при регенерировании фрагментов стенторных клеток."
Используя недавно разработанный протокол, Онсбринг обнаружил, что гораздо больше генов участвует в регенерации ротовой части по сравнению с хвостом клетки.
«Ротовая часть клетки предназначена для кормления и представляет собой довольно крупную и сложную конструкцию.
Наши результаты показывают, что восстановление этой структуры рта требует примерно в десять раз больше генов по сравнению с регенерацией хвостовой части клетки », — говорит Онсбринг. «Нам также удалось подтвердить наблюдения предыдущих микроскопических исследований, которые показали, что регенерация клеток имеет сходство с процессом деления клеток. Мы обнаружили, что несколько генов, которые ранее участвовали в делении клеток, также активируются на различных стадиях регенерации."
Наконец, исследовательская группа Упсалы также определила группу сигнальных белков, известных как протеинкиназы, которые участвуют в клеточной регенерации стенторных клеток.
"Предыдущее исследование недавно показало, что геном Stentor кодирует многие из этих генов протеинкиназ. Однако функция этого расширенного набора генов все еще оставалась неясной.
Во всяком случае, сейчас мы показываем, что многие из этих протеинкиназ экспрессируются на определенных этапах процесса регенерации. Возможно, расширение этой группы сигнальных генов представляло собой важный эволюционный шаг в появлении способности к самовосстановлению », — заключает Эттема.