Регенерация конечностей у саламандр не повторяет эмбриональное развитие

Международная группа ученых сравнила нормальное развитие и регенерацию конечностей на моделях тритона и аксолотля. Оказалось, что при регенерации лапа достигает практически нормальных размеров перед тем, как начинается окостенение хрящей. При эмбриональном развитии формирование кортикальной кости идет параллельно с гипертрофией хондроцитов. Также скелетные элементы регенерировавшей конечности более объемные, чем у парной контрольной.

Credit:
123rf.com

Тритоны и аксолотли способны регенерировать целые конечности. Регенерация начинается с заживления раны без образования шрама, после чего формируется бластема, а потом и конечность. Секвенирование единичных клеток аксолотля показало, что клетки бластемы проходят через переходное состояние, характерное для зародышей, перед повторной дифференцировкой. Анализ регенерации тритонов показал, что при формировании бластемы происходит дедифференцировка мышечных волокон. До сих пор не до конца понятно, повторяет ли регенерация те же процессы, которые происходят при эмбриональном развитии. Ранее анализ костей и скелетных мышц уже показывал отличия регенерировавших конечностей и первоначальных. Международная группа ученых проанализировала эти два процесса.

Авторы сравнили конечности тритона Pleurodeles waltl — развивающиеся, развитые и регенерирующие — с помощью микрокомпьютерной томографии. Регенерация длинных костей начинается с отслаивания надкостницы и формирования хрящевого колпачка на культе через неделю после ампутации. После формирования колпачка происходит рост и образование недостающих элементов скелета. Удивительно, но процесс окостенения не начинается, пока конечность не достигнет почти первоначального размера. После этого окостенение идет несколько месяцев.

Регенерировавшие кости были больше по объему. Более объемные кости при регенерации, чем при нормальном развитии после индуцированного метаморфоза, были показаны и у аксолотля Ambystoma mexicanum. Таким образом, при регенерации формирование кортикальной кости не происходит одновременно с ростом хряща. Это отличается от обычного развития длинных костей саламандр и мышей, когда формирование кортикальной кости идет параллельно с гипертрофией хондроцитов.

После этого авторы изучили единичные клетки пальцев живого аксолотля и их клетки-предшественники. И в ходе развития, и во время регенерации хрящевые зачатки увеличиваются путем клональной экспансии, но процесс идет не так, как в пластинах роста длинных костей млекопитающих.

Клеточная пролиферация, дифференцировка и окостенение в ходе развития и роста скелета млекопитающих зависит от сигнальной петли PTHrP/Ihh. Авторы изучили паттерны экспрессии PTHrP, Gli1 и Ihh после ампутации конечности у личинки тритона. Через 12 дней после ампутации начинается развитие хряща, для которого характерна экспрессия маркеров хондроцитов SOX9 и COL2A1. В центре экспрессировался Ihh в окружении — Gli1, а на периферии — PTHrP. В контрольной конечности области экспрессии этих генов располагались продольно, как в костях эмбрионов млекопитающих.

Анализ экспрессии генов через 20 дней после ампутации выявил хрящевую природу формирующихся скелетных элементов, что подтверждает ранее полученные авторами данные. Паттерн экспрессии PTHrP, Gli1 и Ihh изменяется со временем на проксимально-дистальный. Регенерирующие элементы скелета выглядят толще, чем на контрольной конечности.

Через 59 дней после ампутации регенерирующие конечности практически достигают длины контрольных. Через 166 дней видны области окостенения, а число клеток, экспрессирующих PTHrP, Gli1 и Ihh, снижается.

Окситоцин стимулирует регенерацию клеток сердца

Что нужно тритону, чтобы отрастить конечность

Источник:

Marketa Kaucka, et al. Altered developmental programs and oriented cell divisions lead to bulky bones during salamander limb regeneration // Nature Communications, 13, 6949, published Novenber 14, 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-34266-w

Добавить в избранное