Здатна регенерувати все тіло та навіть відростити собі голову: як працює "безсмертя" гідрактинії

Чи може гідрактинія, яка мешкає в морських глибинах, поділитися з людьми своїми надзвичайними регенеративними здібностями?

Надзвичайно маленькі морські поліпи, які називаються гідрактинії (hydractinia), є родичами медуз, морських анемонів та коралів. Хоча кожна з цих істот досягає розміру не більше дитячої вії, а зблизька нагадує деревце, що стоїть на ніжці та має голову зі щупальцями (вони потрібні гідрактинії, щоб ловити рослин і тварин, які пропливають повз), вони наділені надзвичайною здатністю: якщо риба раптом відкусить голову поліпа, за тиждень на її місці відростає нова.

Гідрактинії живуть на раках-відлюдниках. Ці істоти абсолютно не старіють, а їх останній загальний предок з людиною жив понад 600 млн років тому.

Саме особливість гідрактинії відрощувати собі нову голову привернула увагу Урі Френка та його колег, які працюють в Інституті регенеративної медицини (REMEDI) у Голвейському університеті, Ірландія. За словами Френка, здатність до регенерації тканин, яка зустрічається не лише у гідрактинії, але й у схожих на неї організмів, можливо колись була присутня навіть у людини, але з часом припинила проявлятися.

Як саме гідрактинія регенерує собі нові частини тіла і чи може в цій здатності критися можливість регенерації клітин у людини?

"Безсмертя" гідрактинії: як воно працює

Як було з'ясовано вченими з інституту здоров'я США, морське безхребетне здатне регенерувати частини тіла за допомогою унікальних стовбурових клітин.

Дослідники секвенували РНК (рибонуклеїнову кислоту) з гідрактинії і на початку процесу регенерації виявили молекулярну сигнатуру, що дуже схожа на сигнатуру процесу старіння. З цього вченим вдалося зробити висновок, що на початку процес регенерації та процес старіння можуть бути тісно пов'язаними. Це допомогло поглянути на еволюцію старіння по-новому.

Як тільки у гідрактинії залишається зовсім маленька частина тіла, наприклад, лише тулуб, вона починає відрощувати все тіло заново. Її особливі стовбурові клітини трансформуються в інші клітини. Цікаво й те, що, якщо відокремити рот від того місця, де розташовані стовбурові клітини, то гідрактинія виростить нове тіло тільки з рота. Тобто, будь-яка клітина тіла поліпа може стати його стовбуровою клітиною.

До прикладу, в людському організмі стовбурові клітини використовуються лише на етапі розвитку. Хоча поведінка, схожа на гідрактинію, спостерігається у багатьох організмів, що проявляють високу здатність до регенерації, цей механізм до кінця ще не був вивчений.

Урі Френк та його колеги також вивчали здатність гідрактинії до генерації за допомогою стовбурових клітин. Він навіть показав захопливе відео на одній з біологічних конференцій, на якому було видно, як рухаються ембріональні стовбурові клітини (завдяки генетичній модифікації вони світилися зеленим кольором) до шиї безголового поліпа, щоб потім відростити голову.

Вчені з Голвею намагалися зрозуміти, яким чином стовбурові клітини гідрактинії "розуміють", який орган втратився, і звідки саме вони беруться. Пізніше вони задумалися, чому деякі тварини мають регенеративні властивості, тоді як інші — ні. Наприклад, саламандра може відростити собі новий хвіст, а жаба, яка є її найближчим родичем, втрачені кінцівки не відновлює.

Що відомо про стовбурові клітини

Процеси в стовбурових клітинах зародилися дуже давно, і вони подібні в багатьох тварин. Наприклад, практично у всіх тварин, зокрема в гідрактинії та людини, подібна складна сигнальна система Wnt, яка відповідає за контроль над стовбуровими клітинами ембріонів, але за його відсутності провокує ріст ракових клітин. Вона є однією з небагатьох систем, що залишилися незмінними ще відтоді, коли гідрактинія з'явилася на еволюційному дереві.

За останні десятиліття вчені зрозуміли, що первісно стовбурові клітини розвинулися в істоти, що навіть древніша за гідрактинію, але не дожила до наших днів. На думку Френка, здатність до регенерації, що сформувалася у цієї істоти, пізніше передалася всім тваринам, які з'явилися після неї. Але в сучасному світі ця здатність переважно ніяк себе не проявляє.

Урі вважає, що це може бути вже й не такою божевільною ідеєю, адже системи стовбурових клітин досить складні і 600 млн років надто малий термін, щоб від нуля розробити такий комплекс. Тому існує ймовірність, що гідрактинія і людина могли успадкувати систему стовбурових клітин від якогось спільного предка. До речі, хоча ми не здатні відростити собі голову у дорослому віці, в лоні матері саме цим і займаємося — формуємо голову. Френк припускає, що людина втрачає цю здатність з віком, а гідрактинія — ні.

Ця теорія співпадає з результатами дослідження, що проводилося 2013 року і було опубліковане в британському журналі Nature, в якому йдеться про два різновиди плоского хробака, планарії. Вже понад століття ця тварина приваблює науковцім тим, що деякі його види можуть відновити своє тіло навіть тоді, коли його порізали на найдрібніші шматочки. Інші можуть регенерувати лише за умови, якщо збереглася більша частина тіла.

Однак, вчені з німецького Інституту Макса Планка вирішили розглянути гіпотезу, що всі планарії раніше вміли повністю регенерувати тканини, але цей талант зник у деяких з них на початковому етапі еволюції. Вони провели доволі просту операцію, яка довела вірність гіпотези. Особина, нездатна до регенерації голови з маленького шматочка хвоста, переродилася на таку, що наділена цим талантом.

Френк сподівається, що його робота допоможе розгадати не лише неймовірні результати дослідів з планаріями, але й інші загадки. Теоретично, каже вчений, люди можуть мати приховані регенеративні здібності, адже на базовому клітинному рівні ми досить схожі на плоских хробаків чи гідрактиній. Можливо, якщо краще їх вивчити, ми зможемо навчитися відновлювати пошкоджені або втрачені частини тіла.