В новом исследовании, опубликованном в журнале Cell, ученые из Стэнфордского университета обнаружили, что координация всего тела играет важнейшую роль в заживлении ран и регенерации тканей. Полученные результаты проливают свет на механизмы, лежащие в основе регенерации, и имеют значение для понимания таких заболеваний, как рак.
Предыдущие исследования показали, что различные организмы, включая мышей, зебрафиш и аксолотлей, реагируют на повреждения всем телом. Однако функции этих реакций оставались неясными. Группа ученых под руководством Бо Ванга, доцента кафедры биоинженерии Стэнфордского университета, задалась целью исследовать этот феномен.
Модельным организмом для исследования послужили планарные черви, известные своими удивительными способностями к регенерации. Эти плоские черви длиной в полдюйма способны регенерировать практически при любом развитии событий, даже если их разрезать на несколько частей. Интересно, что раны в одной части тела планарии вызывают ответную реакцию в отдаленных тканях.
Исследователи сосредоточились на том, чтобы понять, как координируются эти реакции. Они предположили, что в этом может быть задействован путь внеклеточной киназы, связанной с сигналом (ERK). Этот путь позволяет клеткам взаимодействовать друг с другом, посылая сигналы волнообразно.
Однако предыдущие исследования показали, что волны ERK распространяются слишком медленно, чтобы быть полезными для заживления ран и регенерации. Ванг поясняет: "Если я распространяю сигнал со скоростью 10 микрон в час, то на прохождение одного миллиметра может уйти несколько дней". Такая скорость слишком мала для того, чтобы сигнал мог своевременно попасть из одной области червя в другую.
Чтобы преодолеть эту проблему, Ванг и его команда проследили за тем, как волны ERK проходят через планарных червей. К своему удивлению, они обнаружили, что волны движутся более чем в 100 раз быстрее, чем наблюдалось ранее. Вместо того чтобы двигаться от клетки к клетке небольшими шагами, волны перемещались вдоль длинных мышечных клеток стенки тела, действуя как "супермагистрали". Это ускорило передачу сигнала от одного конца тела к другому, заняв не несколько дней, а всего несколько часов.
Исследователи подтвердили, что в процессе заживления участвует весь организм, проведя эксперимент, в котором они отрезали голову планарии. Реакция на это повреждение не ограничивалась областью головы, а охватывала все тело, что свидетельствует о скоординированной реакции всего организма на заживление.
Эти результаты имеют важное значение для понимания процессов заживления ран и регенерации тканей у человека. Ванг считает, что понимание того, как включается и выключается регенерация, может привести к усовершенствованию методов лечения и вмешательства, в том числе и в области исследования рака. Рак часто сравнивают с незаживающими ранами, и изучение процессов регенерации может дать ценные сведения о развитии и лечении рака.
"У многих организмов можно наблюдать, как все тело реагирует на травму. Но есть ли у этих реакций какая-либо функция, до сих пор неясно". - Бо Ванг, доцент кафедры биоинженерии Стэнфордского университета
Научно-историческая информация:
- Планарии - это плоские черви длиной в полдюйма, известные своими способностями к регенерации.
- Раны в одной части тела планарии вызывают ответную реакцию в отдаленных тканях.
- Путь внеклеточной киназы, связанной с сигналом (ERK), участвует в коммуникации между клетками.
- Для эффективной передачи сигнала волны ERK движутся слишком медленно.
- У планарных червей волны ERK движутся вдоль длинных мышечных клеток стенки тела, ускоряя передачу сигнала.
- В процесс заживления вовлечен весь организм, как показали эксперименты на планариях.
"Понимание того, что включает и выключает регенерацию, может привести к усовершенствованию методов лечения и вмешательства, включая последствия, связанные с раком". - Лаборатория Ванга / Стэнфордский инженерный институт
