Удачливые потомки этого существа, включая сегодняшних саламандр или данио-рерио, могут все еще выполнить подвиг, но люди потеряли большую часть своей регенеративной власти за миллионы лет эволюции.Чтобы понять то, что было потеряно, исследователи построили бегущий список генов, которые позволяют восстановить животных, чтобы вырасти снова, разъединенный хвост или ремонт повредили ткани. Удивительно, они нашли, что у генов, важных для регенерации в этих существах также, есть копии в людях.
Основное отличие не могло бы заключаться в самих генах, но в последовательностях, которые регулируют, как те гены активированы во время травмы.Исследование Герцога, появляющееся 6 апреля в журнале Nature, обнаружило присутствие этих регулирующих последовательностей у данио-рерио, привилегированной модели исследования регенерации.
Названный «элементы усилителя регенерации ткани» или ДЕРЕВЬЯ, эти последовательности могут включить гены в местах травмы и даже быть спроектированы, чтобы изменить способность животных восстановить.«Мы хотим знать, как регенерация происходит с конечной целью помощи людям реализовать их полный регенеративный потенциал», сказал Кеннет Д. Посс, доктор философии, ведущий автор исследования и преподаватель цитобиологии в Медицинской школе Университета Дюка. «Наше исследование указывает на способ, которым мы могли потенциально пробудить гены, ответственные за регенерацию, которую все мы несем в нас».За прошлое десятилетие исследователи определили десятки генов регенерации в организмах как данио-рерио, мухи и мыши. Например, одна молекула звонила, neuregulin 1 может заставить клетки сердечной мышцы распространиться, и другие, названные факторами роста фибробласта, могут способствовать регенерации разъединенного плавника.
Все же, Возможный говорит, что не было исследовано, регулирующие элементы, которые включают эти гены в травмированной ткани, держат их на во время регенерации, и затем выключают их, когда регенерация сделана.В этом исследовании, Возможном и его коллеги, хотел определить, существуют ли эти важные отрезки ДНК, и если так, точно определяют свое местоположение. Было уже известно, что маленькие куски последовательности, названной элементами усилителя, контроль, когда гены включены в развивающемся эмбрионе. Но не было ясно, используются ли эти элементы также, чтобы стимулировать регенерацию.
Во-первых, ведущий автор исследования Джунсу Канг, доктор философии, постдокторант в Возможной лаборатории, искал гены, которые были сильно вызваны во время финансовой и сердечной регенерации у данио-рерио. Он нашел, что ген, названный leptin b, был включен у рыбы с ампутированными плавниками или травмированными сердцами.
Канг обыскивал 150 000 пар оснований последовательности, окружающей leptin b, и определил элемент усилителя примерно 7 000 пар оснований далеко от гена.Он тогда свел усилитель на нет к самой короткой необходимой последовательности ДНК.
В процессе, Канг обнаружил, что элемент мог быть разделен на две отличных части: тот, который активирует гены в травмированном сердце, и, рядом с ним, другой, который активирует гены в травмированном плавнике. Он плавил эти последовательности к двум генам регенерации, фактору роста фибробласта и neuregulin 1, чтобы создать трансгенного данио-рерио, у плавников которого и сердец были превосходящие регенеративные ответы после травмы.Наконец, исследователи проверили, могли ли бы эти «элементы усилителя регенерации ткани» или ДЕРЕВЬЯ иметь подобный эффект в системах млекопитающих как мыши. Сотрудник Брайан Л. Блэк, доктор философии, Калифорнийского университета, Сан-Франциско приложил одно ДЕРЕВО к гену, названному lacZ, который производит синий цвет везде, где это включено.
Замечательно, он нашел, что заимствование этих элементов от генома данио-рерио могло активировать экспрессию гена в травмированных лапах и сердцах трансгенных мышей.«Мы только в начале этой работы, но теперь у нас есть ободрительное доказательство понятия, что эти элементы обладают всеми последовательностями, необходимыми, чтобы работать с оборудованием млекопитающих после травмы», сказал Возможный. Он подозревает, что может быть много различных типов ДЕРЕВЬЕВ: те, которые включают гены во всех тканях; те, которые включают гены только в одной ткани как сердце; и те, которые активны в эмбрионе, как он развивается и затем повторно активирован во взрослом, как он восстанавливает.
В конечном счете, Возможный думает, что генетические элементы как они могли быть объединены с редактирующими геном технологиями, чтобы улучшить способность млекопитающих, даже люди, восстановить и повторно вырастить поврежденные или недостающие части тела.«Мы хотим найти больше этих типов элементов, таким образом, мы можем понять то, что включает и в конечном счете управляет программой регенерации», сказал Возможный. «Могут быть сильные элементы, которые повышают выражение гена намного выше, чем другие или элементы, которые активируют гены в определенном типе клетки, который ранен.
Наличие того уровня специфики может однажды позволить нам изменить плохо регенеративную ткань на лучшую с почти хирургической точностью».Изучение природы было поддержано American Heart Association (AHA) постдокторское товарищество (12POST11920060), Национальные Институты Здоровья (NIH) Клиническая Премия Следователя (K08 HL116485), Научное сотрудничество Выпускника Национального научного фонда (NSF) (1106401), постдокторское товарищество NIH (F32 HL120494) и грантами от NIH (R01 HL089707, R01 HL064658, R01 GMO74057 и R01 HL081674).
Дополнительная поддержка пришла из Howard Hughes Medical Institute (HHMI).