Наша цель -

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО ПОДТВЕРДИТЬ
БЕССМЕРТИЕ ЧЕЛОВЕКА

и найти условия достойной жизни после смерти

Интеллектуальные беседы на тему биологии, нейробиологии, генетики
Ответить
Zippo
Участник
Баланс:4
 
Сообщения: 10
Регистрация: 22.08.2019

Регенерация и деление у животных, как и почему это происходит?

Zippo » 26.08.2019 09:08

+
19
-
У червей и некоторых других животных есть способность восстанавливать свои фрагменты тела. Были выявлены молекулярные сигналы, которые регулируют частоту таких делений.

Изображение


Понимание того, как ткани и органы могут регенерировать, требует понимания механизмов и факторов, которые организуют клетки и ткани, как в пространстве, так и во времени. Плоские черви - широко используемая модель для изучения формирования таких паттернов, потому что отрубленные куски этих животных могут вырастить недостающие части тела и сформировать полных червей. У планарий также есть поведение саморазрушения, которое называется делением - они растягивают и сжимают ткани хвоста, что приводит к отрыву частей их заднего тела, которые затем превращаются в клоны. Происходит ли деление, зависит от размера родительского червя, но лежащие в основе молекулярные и клеточные процессы не совсем понятны.

Изучим метод надежной индукции деления у планарий Schmidtea mediterranea и покажем, что клеточные сигнальные пути, включающие белки Wnt и трансформирующий фактор роста-β (TGF-β), являются ключевыми регуляторами этого процесса.

Передача сигналов Wnt играет решающую роль в развитии и дифференцировке клеток и участвует во многих заболеваниях. Белки Wnt очень разнообразны, встречаются только у животных и обычно прикрепляются к липидной цепи и секретируются клетками. Они связываются с рецепторными белками разных семейств, чтобы активировать различные нижестоящие клеточные сигнальные каскады, которые регулируют уровни цитоплазматических факторов - молекул, которые контролируют экспрессию генов и, таким образом, клеточную функцию. Хотя наши знания о влиянии передачи сигналов Wnt на формирование тканевого паттерна значительно расширились за последние несколько лет, как такое паттернирование может быть связано с конкретными функциями ткани, до сих пор неизвестно.

Прежние исследования в планарии охарактеризовали молекулярную структуру , в которой самоорганизующиеся градиенты Wnt белок регулируют структурирование по длине животного (то есть, вдоль передне-задней оси), и в которой градиент TGF-бета регулирует рисунок от его верхней стороны до его нижней части (вдоль дорсально-брюшной оси). Было высказано предположение, что деление планарий регулируется градиентами метаболической активности, молекулярными позиционными сигналами или молекулами нейрогормонов вдоль передне-задней оси тела. Исследование показало, что деление может быть ингибировано передней частью нервной системы, а другое исследовало биомеханические силы и свойства ткани, которые позволяют этому происходить.

В отличие от регенерации, которая может быть вызвана экспериментально путем разрезания планарных червей на части, деление труднее вызвать, что ограничивает исследования этого процесса. Ученые обнаружили, что перенос червей в культуры, в которых пища была ограничена, а вода была застойной, вызывала деление у червей длиннее, чем около 4 или 5 миллиметров. Анализируя эксперименты, исследователи обнаружили, что события деления занимают около 30 минут и приводят к появлению фрагментов длиной около 1 мм, и что частота событий деления коррелирует с размером родителя. Также было обнаружено, что, когда они оказывали давление на покровное стекло, помещенное на вершине червя в нормальной культуре, червь распадался на множество равномерно расположенных фрагментов по всей его передне-задней оси. Это говорит о том, что у взрослых червей существуют заранее установленные плоскости деления, которые масштабируются в зависимости от размера животного, и что скрытая сегментированная структура лежит в основе этого контроля размера.

Плоские плоские черви могут размножаться в процессе, называемом делением. В этом процессе червь отрывает часть ткани от заднего конца своего тела, и эта часть восстанавливается, чтобы сформировать полный червь. Были исследованы молекулярные и клеточные основы этого процесса деления. Обнаружено, что частота событий деления коррелировала с размером родительского животного. Экспериментальные нарушения экспрессии определенных белков, участвующих в сигнальном пути Wnt, который контролирует формирование паттерна ткани вдоль длины планарий, не влияли на расположение плоскостей деления вдоль тела, но увеличивали или уменьшали частота делений. Оказалось, что передача сигналов Wnt регулирует формирование мелкомасштабных паттернов популяции нейрональных клеток в передней части червя, которые ингибируют поведение деления, и показали, что паттерн этих нейронов изменяется с размером животных.

Используя методы голодания и сжатия, чтобы вызвать деление, ученые проверили, какие молекулярные сигналы необходимы, чтобы вызвать деление, зависящее от размера. Они провели скрининг, в котором они использовали разные молекулы РНК для селективного ингибирования экспрессии различных белков, участвующих в формировании паттернов, в том числе в клеточных сигнальных путях Wnt и TGF-β. Эти целевые нарушения влияли на частоту деления; например, блокирование экспрессии APC, белка, который подавляет сигнальный путь Wnt, примерно удвоил частоту последовательных попыток деления, при которых животные демонстрировали свое характерное растягивающее поведение. Однако вмешательство в эти сигнальные пути не влияло на расположение плоскостей деления вдоль оси тела. Таким образом, передача сигналов Wnt и TGF-β, по-видимому, регулирует поведение деления независимо от их функции в осевом паттерне.

Предыдущий анализ экспрессии генов показал, что гены, кодирующие белки, участвующие в передаче сигналов Wnt и TGF-β, коэкспрессируются с генами, экспрессируемыми клетками центральной нервной системы (ЦНС). В исследовании, удаление передней части червя, содержащего головные ганглии (два кластера нейронов, которые вместе составляют планарный мозг), задержало начало поведения деления. Наблюдался сходный эффект у червей, у которых подавлялась экспрессия нейронального белка фактора транскрипции, который ранее был необходим для формирования паттерна ЦНС.

Обнаружилось, что ряд нейрональных клеток, которые чувствительны к механическим стимулам, действуют ниже передачи сигналов Wnt и TGF-β, ингибируя поведение деления. Передача сигналов Wnt и TGF-β вместе регулирует формирование паттерна этих и других специфических популяций нейронов. Будет интересно узнать, как эти ключевые регуляторы формирования осевого паттерна управляют тонким паттерном планарной нервной системы - один из больших вопросов, касающихся формирования паттерна различных типов клеток, заключается в том, как эти сигнальные пути интегрируются клетками-предшественниками, чтобы индуцировать генерацию специфических типов нейрональных клеток.

Еще меньше известно о том, как высвобождающиеся фрагменты ткани образуют у завершенных животных. Например, неясно, регенерируют ли эти черви после деления так же, как они отрастают после разрезания на куски. В обоих случаях популяции стволовых клеток, называемые необластами, объединяются, образуя массу, называемую бластемой, в месте раны во фрагменте ткани, который, в свою очередь, может регенерировать различные органы и ткани. Но как информация о положении среза или плоскости деления передается необластам, неясно.

Бесполое размножение путем деления является основной стратегией увеличения численности популяции не только у планарий, но и у других червеобразных существ (включая акоел и других акоеломорфных плоских червей и кольчатых червей), в которых деление происходит на конце животного. Морские анемоны также могут размножаться бесполым путем деления, и почкование - связанная с делением стратегия бесполого размножения - хорошо охарактеризовано у пресноводного животного Гидры и тесно связано с регенерацией.

Детальное исследование деления и распада в различных модельных организмах важно, потому что в этих процессах формирование паттерна индуцируется без травм и, следовательно, может отличаться от регенерации после травм. Если процессы, которые обеспечивают регенерацию у планарий после деления и после резки, действительно одинаковы, будущие исследования должны определить механизмы, которые компенсируют отсутствие сигнала о повреждении в делящейся ткани. Такое исследование будет иметь решающее значение для понимания того, как сигналы о травмах и паттернах сходятся, чтобы инициировать процесс регенерации.

https://www.nature.com/articles/d41586-019-02376-z
Поделиться:

Теги:

Ответить    ПОМОЩЬ по форуму!