Czy amputowana kończyna odrośnie?
Naukowcy z Salk Institute for Biological Studies odkryli włącznik regeneracji. Proces znany jako demetylacja histonów "przełącza" komórki występujące w miejscu amputacji, ze stanu nieaktywnego w aktywny i włącza geny potrzebne do wybudowania kopii utraconej kończyny.
- Jest to pierwsza próba przyjrzenia się temu, co dzieje się w czasie regeneracji kończyny na poziomie molekularnym - mówi dr Scott Stewart, który kierował zespołem badaczy.
Przeprowadzone eksperymenty pomagają zrozumieć, w jaki sposób kontrolowana jest regeneracja epimorficzna, czyli odrastanie kopii amputowanych kończyn morfologicznie i funkcjonalnie doskonałych.
- Nasze doświadczenia wskazują, że rozwój embrionalny organizmu oraz regeneracja kończyn są kontrolowane przez podobne mechanizmy - wyjaśnia IzpisŁa Belmonte, profesor w Gene Expression Laboratory.
Laboratorium Juan Carlos IzpisŁa Belmonte używa małej słodkowodnej ryby Danio pręgowanego (Danio rerio) w celu badania regeneracji kończyn. - Jeśli amputujemy ogon Danio pręgowanego, zregeneruje się on w ciągu tygodnia bez większego wysiłku i bez pozostawiania śladów. Co więcej wytworzy doskonałą kopię i może tak się dziać wielokrotnie - wyjaśnia Stewart.
Ponieważ regeneracja przypomina w skrócie rozwój embrionalny, w czasie którego z niewielkiej ilości komórek powstaje złożony wielokomórkowy organizm, naukowcy zaczęli porównywać szlaki ekspresji genów pomiędzy tymi dwoma procesami. W czasie rozwoju organizmu, geny wewnątrz specyficznych typów komórek są włączane i wyłączane, po to, by uruchomić niezbędne drogi ekspresji, do budowy organizmu. Gdy geny już wykonają swoją pracę, leżą spokojnie aż ponownie zostaną uaktywnione po amputacji.
Stewart doszedł do wniosku, że geny związane z regeneracją mogą mieć podobny mechanizm do mechanizmu genów aktywnych w embrionalnych komórkach macierzystych. Komórki macierzyste są utrzymywane w pogotowiu do działania i oczekują na sygnał do przekształcenia się w taki rodzaj komórek, który jest akurat potrzebny. Kluczem tego stanu "utrzymywania w pogotowiu" są histony (białka wiążące się z DNA i tworzące nukleoproteiny), które ulegają chemicznym modyfikacjom, takim jak np. metylacja i acetylacja, w tym przypadku zwanym znacznikami. Te chemiczne znaczniki służą jako włączniki i wyłączniki specyficznych genów.
Stewart odkrył, że te histonowe modyfikacje, czyli znaczniki, które włączają działanie genów embrionalnych komórek macierzystych, znaleziono także w histonach genów procesu regeneracji. - Sugeruje to, że mogą istnieć dwa różne programy ekspresji genów: jeden dla zwykłej aktywności komórki i jeden dla regeneracji - wyjaśnia Stewart. By przetestować tę hipotezę zespół przyjrzał się bliżej znacznikom histonów genów procesu regeneracji. Jak przypuszczano, zauważono redukcję wyłączników a wzrost włączników w regenerującej się tkance.
Spoglądając głębiej naukowcy zauważyli, że enzymy, które usuwają znacznik wyłącznika, tzw. demetylazy, występują w dużej ilości w regenerującej się tkance. Skupiono się szczególnie na jednym z enzymów, zwanym Kdm6b.1, który jest typowy dla komórek, które przechodzą proces regeneracji. Bez Kdm6b.1 Danio pręgowany nie mógł zregenerować usuniętego ogona, co oznacza, że usunięcie znacznika wyłącznika jest niezbędne dla regeneracji ogona.