Nowe badania opublikowane w Nature Communications pokazują, że mechanizmy genetyczne i komórkowe leżące u podstaw regeneracji kończyn są wyjątkowo dobrze zachowane u różnych gatunków kręgowców, w tym u starożytnych ryb i współczesnych salamandrów. To odkrycie rzuca światło na ewolucyjną historię regeneracji, sugerując, że zdolność do odrastania utraconych części ciała to starożytna cecha, która została utracona lub osłabiona w wielu liniach rodowych, w tym u ludzi.
Ewolucyjne źródła regeneracji
Naukowcy pod kierunkiem Igora Schneidera z Louisiana State University skupili się na senegalskim bihirie (Polypterus senegalus ), starożytnej rybie kostnej, która potrafi całkowicie zregenerować swoje płetwy. Gatunek ten uważany jest za „żywą skamieniałość” ze względu na jego położenie u podstawy drzewa kręgowego. Badając bihirę wraz z aksolotlami (salamandrami znanymi ze swojej zdolności do regeneracji kończyn) i danio pręgowanym (któremu odrastają końcówki płetw), zespół odkrył wspólny komórkowy plan naprawy.
Odpowiedź immunologiczna jako kluczowy czynnik wyzwalający
Badanie wykazało, że u wszystkich trzech gatunków regeneracja rozpoczyna się od szybkiego napływu komórek odpornościowych. Początkowo komórki te zwalczają infekcję – jest to standardowa reakcja na ranę. Jednak u bihiry i aksolotla układ odpornościowy szybko przełącza się na tłumienie stanu zapalnego, zapobiegając tworzeniu się tkanki bliznowatej – jest to kluczowy etap skutecznej regeneracji. Blizny utrudniają naprawę; Unikając tego, zwierzęta te utrzymują środowisko komórkowe niezbędne do rekonstrukcji tkanek.
Zmiana metaboliczna na rzecz wzrostu niezależnego od tlenu
Gojenie się ran często wiąże się z zakłóceniem przepływu krwi, co prowadzi do pozbawienia tlenu. Badanie wykazało, że wszystkie trzy gatunki radzą sobie z tym problemem, aktywując szlaki metaboliczne niezależne od tlenu. Dzięki temu komórki mogą kontynuować produkcję energii i materiałów budowlanych do regeneracji nawet w warunkach braku tlenu.
Nieoczekiwana rola czerwonych krwinek
Jednym z najbardziej uderzających odkryć był ogromny wzrost liczby czerwonych krwinek w miejscu amputacji u bihirów i aksolotli – do 20% wszystkich obecnych komórek w porównaniu ze zwykłymi 2%. W przeciwieństwie do ludzkich czerwonych krwinek, które w miarę dojrzewania tracą jądra, komórki te zachowują je, umożliwiając zwiększoną aktywność genów. Naukowcy podejrzewają, że te jądrzaste czerwone krwinki mogą przekazywać sygnały innym komórkom, dodatkowo koordynując proces regeneracji.
Implikacje dla medycyny ludzkiej
Wspólne mechanizmy obserwowane u tych odległych od siebie gatunków sugerują, że zdolność do regeneracji kończyn jest głęboko zakorzeniona w ewolucji kręgowców. Chociaż ludzie w dużej mierze utracili tę zdolność, zrozumienie leżących u ich podstaw szlaków genetycznych i komórkowych może pomóc w przyszłych wysiłkach w dziedzinie medycyny regeneracyjnej. Badanie podkreśla, że kluczem do regeneracji kończyn niekoniecznie jest odkrycie zupełnie nowych genów, ale przebudzenie lub ponowne wykorzystanie starożytnych, zachowanych ścieżek, które już istnieją w naszym własnym genomie.
Praca ta stanowi znaczący krok w kierunku odkrycia tajemnic regeneracji. Dalsze badania nad tymi mechanizmami mogą ostatecznie ujawnić, czy ludzie kiedykolwiek będą w stanie odzyskać zdolność do odrastania utraconych kończyn.
