Обнаружены генетические элементы, которые стимулируют регенерацию: отрастание конечностей или органов может быть скрыто в наших генах

Удачливые потомки этого существа, включая сегодняшних саламандр и рыбок данио, все еще могут совершать этот подвиг, но люди утратили большую часть своей регенеративной силы за миллионы лет эволюции.Чтобы понять, что было потеряно, исследователи составили текущий список генов, которые позволяют регенерирующим животным отрастить отрубленный хвост или восстанавливать поврежденные ткани.

К удивлению, они обнаружили, что гены, важные для регенерации у этих существ, имеют аналоги и у людей. Ключевое различие может заключаться не в самих генах, а в последовательностях, которые регулируют активацию этих генов во время травмы.Исследование Duke, опубликованное 6 апреля в журнале Nature, обнаружило наличие этих регуляторных последовательностей у рыбок данио, что является предпочтительной моделью исследований по регенерации. Эти последовательности, называемые «элементами-усилителями регенерации тканей» или ДЕРЕВЬЯМИ, могут включать гены в местах повреждения и даже быть сконструированы таким образом, чтобы изменять способность животных к регенерации.

«Мы хотим знать, как происходит регенерация, с конечной целью помочь людям полностью реализовать свой регенеративный потенциал», — сказал Кеннет Д. Посс, доктор философии, старший автор исследования и профессор клеточной биологии в Медицинской школе Университета Дьюка. . «Наше исследование указывает на способ, которым мы потенциально могли бы пробудить гены, ответственные за регенерацию, которые мы все несем в себе».За последнее десятилетие исследователи идентифицировали десятки генов регенерации у таких организмов, как рыбки данио, мухи и мыши.

Например, одна молекула, называемая нейрегулином 1, может вызывать пролиферацию клеток сердечной мышцы, а другие, называемые факторами роста фибробластов, могут способствовать регенерации отрезанного плавника. Тем не менее, говорит Посс, не были изучены регуляторные элементы, которые включают эти гены в поврежденной ткани, удерживают их во время регенерации и затем выключают, когда регенерация завершена.В этом исследовании Посс и его коллеги хотели определить, существуют ли эти важные участки ДНК, и если да, то определить их местоположение.

Уже было хорошо известно, что небольшие фрагменты последовательности, называемые элементами энхансера, контролируют включение генов в развивающемся эмбрионе. Но было неясно, используются ли эти элементы для регенерации.

Во-первых, ведущий автор исследования Джунсу Канг, доктор философии, научный сотрудник лаборатории Посс, искал гены, которые сильно индуцировались во время регенерации плавников и сердца у рыбок данио. Он обнаружил, что ген лептина b был включен у рыб с ампутированными плавниками или поврежденным сердцем. Канг исследовал 150 000 пар оснований в последовательности, окружающей лептин b, и идентифицировал элемент энхансера примерно на 7 000 пар оснований от гена.

Затем он сократил энхансер до самой короткой необходимой последовательности ДНК. В процессе Канг обнаружил, что этот элемент можно разделить на две отдельные части: одну, которая активирует гены в поврежденном сердце, и, рядом с ней, другую, которая активирует гены в поврежденном плавнике.

Он соединил эти последовательности с двумя генами регенерации, фактором роста фибробластов и нейрегулином 1, чтобы создать трансгенных рыбок данио, чьи плавники и сердца имели лучшие регенеративные реакции после травм.Наконец, исследователи проверили, могут ли эти «элементы, способствующие регенерации тканей» или TREE, иметь аналогичный эффект в системах млекопитающих, таких как мыши. Сотрудник Брайан Л. Блэк, доктор философии из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, прикрепил одно ДЕРЕВО к гену lacZ, который производит синий цвет везде, где он включен.

Примечательно, что он обнаружил, что заимствование этих элементов из генома рыбок данио может активировать экспрессию генов в поврежденных лапах и сердцах трансгенных мышей.«Мы только находимся в начале этой работы, но теперь у нас есть обнадеживающее доказательство того, что эти элементы обладают всеми последовательностями, необходимыми для работы с механизмами млекопитающих после травмы», — сказал Посс. Он подозревает, что существует много разных типов ДЕРЕВО: те, которые включают гены во всех тканях; те, которые включают гены только в одной ткани, такой как сердце; и те, которые активны в эмбрионе по мере его развития, а затем реактивируются у взрослого по мере его регенерации.В конце концов, Посс считает, что подобные генетические элементы могут быть объединены с технологиями редактирования генома, чтобы улучшить способность млекопитающих, даже людей, восстанавливать и восстанавливать поврежденные или отсутствующие части тела.

«Мы хотим найти больше этих типов элементов, чтобы понять, что включает и в конечном итоге контролирует программу регенерации», — сказал Посс. «Могут быть сильные элементы, которые усиливают экспрессию гена намного выше, чем другие, или элементы, которые активируют гены в конкретном типе поврежденных клеток. Такой уровень специфичности может однажды позволить нам изменить плохо регенерирующую ткань на лучшую. один с почти хирургической точностью ".

Исследование Nature было поддержано постдокторской стипендией Американской кардиологической ассоциации (AHA) (12POST11920060), премией клинических исследователей Национального института здоровья (NIH) (K08 HL116485), стипендиями для аспирантов Национального научного фонда (NSF) (1106401), а также Постдокторская стипендия NIH (F32 HL120494) и грантами NIH (R01 HL089707, R01 HL064658, R01 GMO74057 и R01 HL081674). Дополнительную поддержку оказал Медицинский институт Говарда Хьюза (HHMI).


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *