Другие животные развили этот процесс еще лучше. Планарные черви, медузы и морские анемоны могут восстанавливать все свое тело после разрезания пополам.
Команда исследователей во главе с доцентом кафедры органической и эволюционной биологии Манси Шриваставой (Mansi Srivastava) пролила свет на то, как животные совершают этот трюк, и обнаружила ряд «ДНК-переключателей», которые контролируют гены, ответственные за регенерацию всего тела. Исследование опубликовано 15 марта в Science.
Используя трехполосных пантерных червей (Hofstenia miamia) для изучения этого процесса, Шривастава и Эндрю Герке (Andrew Gehrke), научный сотрудник, работающий в ее лаборатории, обнаружили, что участок некодирующей ДНК контролирует активацию «главного управляющего гена», называемого ранней реакцией роста, или EGR (early growth response). После активации EGR контролирует ряд различных процессов, включая или выключая другие гены.
«Мы обнаружили, что включение этого главного гена активирует гены, работающие во время регенерации», - сообщил Герке. «Таким образом, некодирующие участки являются “переключателями”, определяющими включение и выключение других генов».
По словам Герке, для того, чтобы этот процесс заработал, ДНК в клетках червей, которая обычно плотно сложена и уплотнена, должна измениться так, чтобы нужные области стали доступными для активации.
«Многие из очень плотно упакованных частей генома становятся более открытыми, благодаря регуляторным переключателям, которые должны включать или выключать гены», - объяснил он. «Важным выводом в этой статье является то, что геном очень динамичен и сильно изменяется во время регенерации, поскольку разные его части начинают или перестают работать».
Но прежде чем Герке и Шривастава смогли понять динамичность генома червя, им пришлось секвенировать его - сам по себе непростой процесс.
«Большая часть этой статьи – первое предоставление генома этого вида животных», - подчеркнула Шривастава. «До сих пор не было полностью выполненного секвенирования»
Также она отметила, что трехполосный пантерный червь представляет новую модель для изучения регенерации.
«Предыдущие работы с другими видами помогли нам многое узнать о регенерации», - рассказала она. «Но есть несколько преимуществ работы с этими червями, одно из которых заключается в том, что они занимают важную филогенетическую позицию, поэтому по их связи с другими животными мы сможем делать заявления об эволюции».
«Другое преимущество в том, что они действительно замечательные “лабораторные крысы”», - продолжила она. «Я собирала их в полевых условиях на Бермудских островах несколько лет назад во время моего постдока, и с тех пор, как мы привезли их в лабораторию, они поддаются гораздо большему количеству исследовательских инструментов, чем другие модели».
Благодаря тому, что эти инструменты могут продемонстрировать динамическую природу генома во время регенерации, Герке удалось идентифицировать целых 18 000 изменяющихся областей, что сыграло большую роль в исследовании.
Результаты, по ее словам, показывают, что EGR действует как включатель питания для процесса регенерации - без его запуска ничего не произойдет.
«Нам удалось снизить активность этого гена, и мы обнаружили, что если не работает EGR, то ничего не произойдет», - сообщила Шривастава. «Животные просто не могут регенерировать. Все нижестоящие гены не включаются, другие “переключатели” не работают, и свет гаснет во всем доме».
Хотя исследование раскрывает новую информацию о том, как этот процесс работает у червей, оно также может помочь объяснить, почему он не работает у людей.
«Оказывается, что EGR и активируемые им гены присутствуют и у других видов, включая людей», - отметил Герке.
«Причина, по которой мы назвали этот ген у червей EGR, заключается в том, что по своей последовательности он похож на ген, который уже был изучен на людях и других животных», - пояснила Шривастава. «Если подвергать человеческие клетки стрессу, будь то механическое воздействие или токсины, они сразу же проявят EGR».
«Но вопрос в том, что если люди могут включить EGR при повреждении клеток, почему мы не можем регенерировать?» - спрашивает Шривастава. «Ответ может быть таким: если EGR - это переключатель питания, то проблема кроется в другой проводке. То, за что EGR отвечает в человеческих клетках, может отличаться от клеток червей. Поэтому в этом исследовании мы хотели выяснить, в чем между ними связь, а затем применить результаты к другим животным, включая позвоночных, которые способны лишь к более ограниченному восстановлению».
В дальнейшем, по словам Шриваставы и Герке, они надеются выяснить, совпадают ли генетические «переключатели», активированные во время регенерации, с теми, которые используются во время развития.
«Теперь, когда мы знаем, что представляют собой переключатели для регенерации, мы смотрим на переключатели, участвующие в развитии, и сравниваем их», - сообщила Шривастава.
Команда также работает над тщательным пониманием механизмов, посредством которых EGR и другие гены активируют процесс регенерации, как у червей, так и у других видов.
В заключение Шривастава и Герке подчеркивают, что ценность исследования в понимании не просто генома, а всего генома - кодирующих, а также некодирующих частей.
«Только около двух процентов генома ответственны за синтез белков», - сказал Герке. «Мы хотели понять: что делают остальные 98% генома во время регенерации всего тела? Давно известно, что многие изменения ДНК, вызывающие заболевания, происходят в некодирующих областях, но их значение часто недооценивается для некоторых процессов, таких как регенерация всего тела».
«Я думаю, что мы увидели лишь поверхность», продолжают исследователи. «Мы рассмотрели некоторые из этих «переключателей», но есть много других аспектов того, как геном функционирует в более широком масштабе, а не только то, как кусочки открываются и закрываются. Все это в совокупности важно для включения и выключения генов, поэтому мы предполагаем наличие нескольких уровней регуляции».
«Это естественный вопрос - взглянуть на мир природы и подумать, почему геккон может сделать это, а я не могу», - отмечает Шривастава. «Есть множество видов, способных регенерировать, есть те, которые не могут регенерировать, но получается, что если вы сравните геномы всех животных, большинство генов окажутся общими и у нас, и у червя. Поэтому мы думаем, ответ зависит не от того, присутствуют ли определенные гены, а от того, как они связаны друг с другом, и, вероятно, ответ будет спрятан в некодирующей части генома».
Это исследование было выполнено при финансовой поддержке организаций (the Milton Fund of Harvard University, the Searle Scholars Program, the Smith Family Foundation, the National Science Foundation, the Helen Hay Whitney Foundation, the Human Frontier Science Program, the National Institutes of Health, the Biomedical Big Training Program, UC Berkeley, the Marthella Foskett Brown Chair in Biological Sciences, the Howard Hughes Medical Institute).
Источник: sciencedaily.com
