4 Minuten
Regeneracijos fenomenas: biologinės galimybės ir ribos
Regeneracija – tai biologinis procesas, leidžiantis atkurti prarastus arba pažeistus audinius. Šį gebėjimą evoliucijos metu įgijo daugybė gyvūnų rūšių. Tokios būtybės kaip driežai, jūrų žvaigždės ar žymioji aksolotlio salamandra iš Meksikos sugeba atauginti galūnes, akis, netgi smegenų ir nugaros smegenų dalis. Tuo tarpu dauguma žinduolių evoliucijos procese prarado šią išskirtinę savybę, išskyrus keletą rūšių ir tam tikrus audinius, pavyzdžiui, triušius ar ožkas, pas kuriuos išliko tik riboti regeneracijos sugebėjimai.
Mokslininkus jau seniai domina klausimas – kodėl žinduoliai prarado regeneracijos galimybes, būdingas kitoms gyvūnų grupėms? Ieškodama atsakymo, dr. Wei Wang vadovaujama komanda iš Pekino nacionalinio biologinių mokslų instituto atliko revoliucinius tyrimus. Jų tikslas – išsiaiškinti, kokie genetiniai pasikeitimai lėmė šį evoliucinį lūžį bei ar įmanoma regeneracines funkcijas susigrąžinti.
Lyginamasis eksperimentas: triušiai prieš peles
Tyrėjai pasirinko lyginamąją strategiją: analizavo triušius, pasižyminčius daliniu audinių atsinaujinimu, bei peles, kurios žaizdas gydo randėjimo, o ne tikros regeneracijos būdu. Eksperimente buvo tiriama ausies kaušelio – paprasto, bet biologiškai įvairaus organo – gijimas, nes jo struktūra leidžia lengvai stebėti audinių atsistatymo procesą.
Į triušių ir pelių ausies kaušelius buvo padarytos nedidelės skylės, po kurių gijimas buvo nuolat stebimas. Ankstyvos gijimo fazės abiejose rūšyse buvo panašios: po kelių dienų suformuodavo blastemą – nespecializuotų ląstelių sankaupą. Esminis skirtumas išryškėjo dešimtą–penkioliktą dieną. Triušiai išaugino naujus audinius ir užgydė žaizdą, o pelių gijimas sustojo, ausyje liko atvira skylė.
Genetinė analizė išryškina Aldh1a2 geną
Norėdami išsiaiškinti tokio skirtumo priežastis, mokslininkai atliko žaizdų vietų genų aktyvumo analizę. Pagrindiniu veiksniu tapo Aldh1a2 genas: triušiuose jis buvo aktyvus, pelėse – beveik neveikė. Aktyvuotas Aldh1a2 genas skatina retinoinės rūgšties, vitamino A darinio, sintezę. Ši rūgštis itin svarbi embrionų vystymuisi, ląstelių diferenciacijai ir audinių augimui. Triušiuose retinoinė rūgštis koordinavo naujų audinių regeneraciją, o pelės ne tik turėjo silpną Aldh1a2 aktyvumą, bet ir aktyvesnius genus, skaidančius šią rūgštį, todėl audinių atsinaujinimas buvo užblokuotas.
Retinoinė rūgštis – regeneracijos katalizatorius
Siekdama tiesiogiai patikrinti, ar retinoinė rūgštis pelėms gali atkurti regeneraciją, tyrėjų komanda šios medžiagos leido į ausų žaizdas. Rezultatai buvo įspūdingi: pelėms, kurioms sistemingai buvo leidžiama retinoinė rūgštis, ausų audiniai sėkmingai atsinaujino – visai kaip triušiuose.
Įdomu, kad ankstesni bandymai tokios sėkmės nepasiekė – Wang mano, jog taip nutiko dėl per mažų dozių ar per trumpo medžiagos naudojimo, nes retinoinė rūgštis organizme greitai skyla. „Labai svarbu teisinga koncentracija ir ilgalaikis poveikis“, – aiškino jis.
Genetinė modifikacija išlaisvina pelių regeneracijos potencialą
Nustačius lemiamą retinoinės rūgšties vaidmenį, komanda nutarė pabandyti suaktyvinti Aldh1a2 geną pelėse, kad jos pačios pradėtų gaminti šią rūgštį. Įterpę reguliacinius DNR segmentus iš triušio genomo šalia pelių Aldh1a2 geno, jie pasiekė tokį paties lygio aktyvumą kaip triušiuose. Genetiškai modifikuotos pelės be papildomos retinoinės rūgšties pačios sugebėjo atkurti ausų audinius.
„Parodėme, kad žinduolių regeneracinius gebėjimus galima atkurti suaktyvinus vieną genetinį kelią, bent jau tam tikruose audiniuose“, – pažymėjo Wang. Visgi šie rezultatai kol kas patvirtinti tik ausų kaušelyje, tad ar jie galios, pavyzdžiui, širdies, kepenų ar galūnių audiniams – lieka nežinoma.
Iššūkiai ir perspektyvos žinduolių regeneracinėje medicinoje
Nors šis atradimas žymi proveržį, regeneracinės medicinos proveržis žmonėms – galimybė atauginti net prarastus organus – vis dar tolima perspektyva. Wang pabrėžia, kad audinių regeneraciją valdo sudėtingi, daugiapakopiai biologiniai tinklai. Atkurti vieną šio proceso dalį – tik viena dėlionės dalis.
Lieka pagrindinis klausimas: ar Aldh1a2 genų kelias yra universalus visų organų regeneracijai, ar jo poveikis apribotas tokiems audiniams kaip ausies kaušelis? „Nežinome, ar retinoinės rūgšties papildymas gali aktyvuoti regeneraciją kitose kūno dalyse,“ – teigė Wang. – „Kiekvienas organas turi savitą evoliucinį kelią ir gali slopinti regeneraciją dėl skirtingų priežasčių.“
Kodėl žinduoliai apskritai prarado platų regeneracijos gebėjimą, taip pat tebėra aktyviai tiriama. Wang komanda siekia rasti atsakymą – kokios ekologinės ar evoliucinės paskatos lėmė, jog žinduolių genome buvo nuslopinti regeneraciją lemiantys genai. „Mėginame išsiaiškinti, kokios jėgos lėmė, kad žinduoliams buvo naudinga prarasti regeneracinius gebėjimus. Tik suprasdami šios savybės praradimo priežastį, galėsime galvoti apie jos sugrąžinimo galimybes“, – priduria Wang.
Išvados
Naujausi tyrimai rodo, jog aktyvinus užslopintą Aldh1a2 geną galima atkurti pelių audinių regeneraciją – gebėjimą, kurio žinduoliai buvo netekę. Šis proveržis atskleidžia svarbiausius genus, valdančius atsinaujinimą, ir žymi svarbų žingsnį regeneracinės biologijos bei genų inžinerijos srityje.
Nors atradimas suteikia vilčių žinduolių, įskaitant žmones, regeneracinės medicinos ir audinių inžinerijos ateičiai, lieka daug iššūkių. Būtini išsamesni tyrimai, ar šios technologijos gali būti taikomos sudėtingesniems organams ir žmonių medicinai. Vis dėlto, šis darbas žymi naują etapą gilinantis į latentinius žinduolių genome slypinčius regeneracijos rezervus ir jų panaudojimo galimybes ateityje.
Kommentare