В регенерации щупальца у медузы участвуют две популяции стволовых клеток

Способность кишечнополостных к регенерации известна давно. Регенерация функциональных тканей у них, как и у прочих видов, включая саламандр и насекомых, зависит от способности формировать бластему — скопление недифференцированных клеток, за счет которых восстанавливается поврежденная часть тела. Однако то, как именно образуется бластема у медуз, до сих пор оставалось загадкой. Деталям этого процесса посвящена работа японских ученых, опубликованная в PLoS Biology.

Юичиро Накадзима, последний автор работы, комментирует важность этого исследования: «Понимание механизмов формирования бластемы у регенерирующих животных, в том числе медуз, может помочь нам определить клеточные и молекулярные компоненты, которые улучшат наши собственные регенеративные возможности».

В качестве модели исследователи выбрали медузу Cladonema pacificum — она быстро размножается, и это дает возможность наблюдать за всеми стадиями жизненного цикла и изучать реакцию организма на различные стимулы. В щупальцах кладонемы присутствуют стволовые клетки (i-клетки), которые локализованы на базальной стороне (ее еще называют луковицей щупальца). На дистальной стороне расположены скопления стрекающих клеток.

Когда щупальце медузы ампутировали, оставляя луковицу нетронутой, рана затягивалась за 24 часа. Затем щупальце начинало отрастать, и еще через сутки на его кончике формировались скопления стрекающих клеток. Через 72 часа после ампутации отрастающее щупальце разветвлялось, приобретая характерную для этого вида морфологию. Кладонема оказалась способна восстановить утраченное щупальце и в случае, если луковица повреждена, хотя этот процесс и занимал больше времени. После ампутации щупальца вместе с луковицей в теле медузы соединялись кольцевой и радиальный каналы, и рана также затягивалась через сутки. На пятый день в поврежденной области формировалось выпячивание, и в течение 1–2 недель луковица щупальца образовывалась de novo.

В регенерирующем щупальце исследователи выделили три зоны: дистальную, среднюю и базальную. Когда клетки в них пометили с помощью EdU (маркер S-фазы) и антител к фосфорилированному гистону H3 (PH3, маркер M-фазы), то оказалось, что пик пролиферации приходится на 24 часа после ампутации щупальца, а активно пролиферирующие клетки в это время лежат в дистальной области. В кончике регенерирующего щупальца количество PH3⁺ и EdU⁺ клеток было в 4 и 20 раз больше, чем в соответствующей области здорового щупальца. Авторы пришли к выводу, что бластема формируется в ответ на ампутацию непосредственно в области повреждения.

Какие же клетки формируют бластему? Чтобы ответить на этот вопрос, ученые оценили экспрессию маркеров стволовых клеток (Nanos1, Piwi и Vasa1) в пролиферирующих клетках методом FISH. В интактном щупальце Nanos1⁺, Piwi⁺ и Vasa1⁺ клетки в основном распределены в луковице и месте ветвления. В противоположность этому, через 24 часа после ампутации Nanos1⁺ клетки накапливались вокруг места повреждения, где формировалась бластема. Через 48 часов они накапливались в новой почке ветвления, но больше не обнаруживались в кончике. Piwi⁺ и Vasa1⁺ клетки также локализовались в области бластемы.

При этом клетки, формирующие бластему, вели свое происхождение не от резидентных стволовых клеток луковицы — это авторы продемонстрировали, пометив i-клетки интактного щупальца с помощью EdU. Они установили, что вклад EdU⁺ i-клеток в формирование бластемы был минимален. Следов миграции резидентных стволовых клеток в область бластемы ученые также не обнаружили.

Предыдущие данные подтверждаются и тем, что удаление i-клеток луковицы при помощи облучения не нарушало формирование бластемы. Однако оно ограничивало рост нового щупальца на месте ампутированного.

Таким образом, в процессе регенерации участвуют две популяции клеток, обозначенные учеными как резидентные гомеостатические стволовые клетки (RHSC) и пролиферативные клетки, специфичные для репарации (RSPC). При этом RSPC появляются в ответ на повреждение и обеспечивают формирование бластемы на месте утраченного щупальца, а RHSC играют роль в его дальнейшем росте. Происхождение RSPC пока остается не вполне ясным, и установить его — следующий шаг исследователей.

Сенесцентные клетки помогают гидрактинии регенерировать