Новости и мнения

Цитоскелеты прямой регенерации гидры

Ученые показывают, что хотя гидры известны тем, что они регенерируют даже в самых тяжелых обстоятельствах, нарушение их структуры цитоскелета может помешать процессу.

Like their mythical namesakes, hydra are incredibly difficult to kill. Как и их мифические тезки, гидру невероятно сложно убить. Крошечным пресноводным животным обычно удается регенерировать независимо от того, разрезаны они пополам или измельчены на кусочки. Теперь, исследование, проведенное 7 февраля в Cell Reports, указывает на механическое действие, лежащее в основе биологического феномена, и предполагает, что гидра полагается на унаследованные актиновые волокна, которые определяют, как цитоскелет должен восстанавливаться после травмы.

Результаты могут иметь значение для регенеративной медицины. «У Hydra сравнительно простой план тела по сравнению с большинством других животных, но основные черты выравнивания цитоскелетных волокон и механических взаимодействий между клетками универсальны», – сказал соавтор Кинерет Керен , биофизик из Технион-израильского технологического института в Хайфе. «Это может помочь нам понять процессы регенерации в тканях человека, которые необходимы для развития регенеративной медицины и тканевой инженерии».

Предыдущая работа по гидре показала, что химическая сигнализация помогает прямой регенерации гидры. «Обычно предполагалось, что распределение различных морфогенов предоставляет всю информацию, необходимую для направления небольшого кусочка ткани гидры к регенерации», – сказал Керен. Но вместо того, чтобы превзойти нынешнее мышление о регенерации гидры, Керен отметила, что усилия ее команды по выявлению механических компонентов регенерации гидры дополняют более ранние исследования.

«Наше исследование не опровергает роль химических сигналов», – сказала она. «Морфогенез, очевидно, является сопряженным процессом, который включает как механические процессы, так и биохимическую передачу сигналов. Одной механики, конечно, недостаточно для того, чтобы стимулировать дифференциацию тканей и образование новых частей тела ».

Керен и его коллеги сначала нарезали кубиками гидру на кусочки различной формы: квадратные сегменты, кольца, открытые кольца и продольные полосы. Они обнаружили, что каждый из этих кусочков обычно регенерирует в полноценное животное, но кольца и открытые кольца с большей вероятностью могут генерировать деформированную гидру, например, с несколькими головами или ногами.

Команда предложила механическую основу для этого наблюдения. «Мы показали, что это следовало из начального процесса складывания, который привел к образованию множества областей с различным выравниванием актиновых волокон в сложенных открытых кольцах», – сказал Керен. «Эти сфероиды впоследствии развили бифуркацию в их волокнистой организации и в конечном итоге превратились в животных с множественными осями тела».

Затем исследователи прикрепили образцы этих проблемных колец и открытых колец к жесткой проволоке, чтобы посмотреть, сможет ли команда механически стабилизировать ткань и предотвратить ее деформацию по нескольким осям. Действительно, они обнаружили, что кольца, прикрепленные к проволоке, с меньшей вероятностью регенерируют в животных с несколькими головами и ногами. «Это демонстрирует важность механической обратной связи для стабилизации оси тела», – сказал Керен. «Проволока ограничивала движение ткани, что, в свою очередь, помогает организовать волокна цитоскелета, что, в свою очередь, усиливает динамику ткани».

Керен и его коллеги пришли к выводу, что гидра рождается с особым рисунком актиновых волокон, который определяет оси их тела по мере их развития, и активируется для определения новых осей тела, когда возникает необходимость в регенерации. Поскольку складчатость тканей и динамическая реорганизация актина имеют решающее значение для процесса регенерации гидры, расхождения в выравнивании актиновых волокон, вызванные разрезанием гидры в странные формы, такие как кольца, могут нарушить регенерацию. «Если исходная геометрия ограничивает цитоскелет более чем одним упорядоченным массивом волокон. , , различные выровненные области развиваются в разных направлениях, что приводит к развитию более чем одной оси тела », – сказал Керен. Между тем, обеспечение механической поддержки этих актиновых волокон может помочь выровнять своенравные нити.

«Это новый подход, и он довольно захватывающий, с неожиданными результатами», – сказал Берт Хобмайер , эксперт по зоологам и гидрам из Университета Инсбрука в Австрии, который не принимал участия в исследовании. Предыдущие исследования рассматривали, как передача сигналов влияет на цитоскелет, отметил Хобмайер, но настоящая работа продемонстрировала обратное – как механика на основе актина влияет на передачу сигналов в ткани. «Исходя из эксперимента, механика может более активно влиять на передачу сигналов, чем считалось ранее», – сказал Хобмайер. «Для меня это действительно новая вещь».

Что касается потенциальных последствий для регенеративной медицины, «мы должны увидеть, сохраняется ли это наблюдение у высших животных», – сказал Хобмайер. «Если бы оказалось, что это законсервированное явление, я бы увидел очевидные последствия как еще один механизм регенерации».

Антон Лившиц и др., «Структурное наследование актиновой цитоскелетной организации определяет ось тела при регенерации гидры» Отчеты клеток, doi: 10.1016 / j.celrep.2017.01.036

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *