Биологи из Университета Орегона говорят, что они открыли окно в естественный процесс регенерации костей у рыб-зебр, и что полученные ими знания могут быть использованы для усовершенствования методов лечения переломов костей и болезней.
В газете, размещенной в Интернете перед печатью, в феврале. В 13 выпуске журнала Cell Reports команда UO показывает, что два молекулярных пути работают согласованно, позволяя взрослым рыбам-зебрам полностью заменять кости, потерянные после ампутации плавника.
Один из путей сбрасывает существующие костные клетки в состояние, подобное стволовым клеткам развития, а затем поддерживает их рост, чтобы заменить потерянные клетки. Второй направляет вновь сформированные клетки обратно в функциональную, организованную кость. Используя генетические, клеточные и молекулярные подходы, авторы подробно описали, как противоположные пути перекрестно взаимодействуют, чтобы поддерживать регенеративный процесс в равновесии.
В отличие от людей, у некоторых позвоночных, в том числе у рыб-зебр, есть удивительные врожденные способности восстанавливать утраченные придатки и органы, сказал соавтор Крин Станкунас, профессор биологии и член Института молекулярной биологии UO. По словам авторов, загадочный процесс заставляет остаточные клетки возвращаться в менее развитое состояние при повреждении ткани, процесс, известный как дедифферентация. Этот процесс уникален для таких животных, как рыба-зебра, и может быть ключом к их способности полностью восстанавливать утраченные ткани. Понимание механизмов может поддержать разработку регенеративных методов лечения, которые заставляют человеческие клетки вести себя аналогичным образом.
"Мы сосредоточились на костях хвостового плавника рыбы-зебры," Станкунас сказал, "и спросил, как ампутация побуждает зрелые клетки выстилки костей возвращаться в своем возрасте развития к тому, что называется состоянием-предшественником."
Исследователи обнаружили, что передача сигналов от клетки к клетке, опосредованная путем Wnt, помогает существующим зрелым костным клеткам стать клетками-предшественниками после ампутации плавника. Это запускает процесс регенерации костей. Локальное производство Wnt на кончике отрастающего плавника затем поддерживает пул делящихся клеток-предшественников кости до тех пор, пока плавник не будет полностью заменен. Работа второго пути, BMP, состоит в том, чтобы преобразовать клетки-предшественники обратно в зрелую кость, которая формирует характерные костные лучи плавников рыбы. Авторы показывают, что и Wnt, и BMP необходимы для завершения процесса, и описывают, как они участвуют в клеточном перетягивании каната, чтобы сбалансировать свои противостоящие роли.
По словам ведущего автора статьи Скотта Стюарта, ассоциированного члена Института молекулярной биологии Университета штата Вашингтон.
По его словам, манипулирование этими двумя путями может привести к новым методам лечения. "Достижение этого баланса включает в себя манипулирование этими путями в правильной последовательности, Wnt, а затем BMP," он сказал. "У них разные роли и они должны действовать в определенном порядке."
U.S. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов позволяет использовать рекомбинантный BMP для стимулирования роста костей после некоторых хирургических процедур. Однако, по словам Станкунаса, лечение не всегда эффективно. Новые результаты, по его словам, предполагают, что слишком большое количество BMP может нарушить оптимальный баланс передачи сигналов Wnt и BMP, и что альтернативные подходы могут быть более успешными.
"Наши исследования показывают, что улучшение восстановления костей человека или даже стимулирование регенерации костей – это не смешная идея," он сказал. "Когда мы обнаружим клеточную и молекулярную роль сигналов у рыб-зебр и определим недостающие сетевые связи у млекопитающих, возможно, мы сможем уговорить человеческие кости восстановить себя в равной степени."