Как подружить гены в клетках. Коктейль молодости, светящиеся котики, напечатанные органы и другие прелести науки

Мы часто слышим о том, что нервные клетки не регенерируют, но ученые уже не раз опровергали это суждение. И вот еще одно исследование, которое в очередной раз доказало, что способность к регенерации у нервных клеток все же есть. Нейробиологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего сделали открытие: после повреждения нейроны способны «обнулиться» и вернуться в зародышевое состояние [3]. Чтобы стать полноценным нейроном, им необходимо вырастить специфические приспособления – аксоны, отростки, по которым передаются нервные импульсы. Здесь и начинаются трудности. В своих экспериментах ученые искали внешние факторы, необходимые для выращивания этих аксонов, чтобы вырастить нейроны целиком. Мышкам проводили трансплантацию стволовых клеток, запускающих регенерацию, и сделали неожиданное открытие: эффективно восстанавливались те нейроны, у которых в геноме было повреждение гена Хантингтина. Некоторые изменения в этом гене могут вызывать одноименное смертельное дегенеративное заболевание мозга.

При повреждении головного или спинного мозга нейроны плохо регенерируют, а вот периферические нервные клетки делают это чуть лучше. Так почему в центральной нервной системе такого не происходит? Исследователи Йельской школы медицины нашли 40 генов, участвующих в подавлении регенерации отростков нейронов (аксонов) [4]. Отредактировав несколько генов, они смогли восстановить аксоны в глазных нейронах мышей, пораженных глаукомой. Один из отредактированных генов отвечал за регуляцию иммунного ответа. Устранив его влияние, биологи добились регенерации аксонов у нейронов. В дальнейшем предстоит выяснить, как такое редактирование может отразиться на остальном организме.

Отрастить плавники

Человеческий организм способен к регенерации, но в ограниченных размерах: наша иммунная система не позволяет выращивать целые органы. Но вот другие позвоночные вполне способны к этому.

Чтобы начать образование новых нейронов, клетки Мюллера вырабатывают белок, который блокирует доступ к ДНК. При отключении этого белка у мышей удалось получить производство нейронов сетчатки. Однако есть нюанс: эволюция не просто так отключила нам механизм регенерации, вместо него мы имеем надежную иммунную защиту мозга. При блокировке этого белка иммунитет теряется. Поэтому рано говорить о возможности применения методики у человека.

А еще рыбки могут выращивать себе целые плавники: в этом им помогает особая нуклеотидная последовательность в геноме, которую обнаружили биологи из Института медицинских исследований имени Стоуэрса под руководством Алехандро Алвардо. Способность к регенерации различается даже среди рыб: костные рыбы могут регенерировать даже желудочки сердца и спинной мозг, в то время как другие виды не обладают такой особенностью, что уж говорить о млекопитающих.

Алехандро Алвардо решил понять, где заложены механизмы регенерации конкретно [5]. Ученые взяли две группы рыб: Данио рерио и нотобранха Фурцера. Считается, что разделение видов произошло около 230 млн лет назад. Исследователи сравнили активность генетических элементов методом ChiP9-seq. Суть в том, что из генома выделяются только те последовательности, которые связаны с белками-метками активной ДНК. Чтобы найти нужную ДНК, связанную с этими метками, используют шарики, покрытые антителами к метке. В итоге все ненужное смывается, а важные последовательности секвенируют. Оказалось, совпадающих участков не так уж и много. Это говорит о том, что механизм регенерации сильно изменился в ходе эволюции. Ученые выбрали один из общих генов и проанализировали его активность среди млекопитающих: у способной к регенерации каирской мыши и у домовой без такой способности. На основании другого исследования оказалось, что такой ген активен только у каирской мыши. Также различия были не только в последовательности, но и в степени регуляции самих участков генов: отключение энхансеров (регуляторных элементов) или замена их на человеческий приводили к потере регенерации тканей. Вообще, рыбками Данио интересуются довольно часто: их повышенная способность к регенерации дает почву для открытий. Например, ученые вывели ГМО-линию рыбок, у которых клетки эпителия имели разный цвет. Так можно было наблюдать за каждой конкретной клеткой во время восстановления ткани.

Насущные проблемы и сложные аббревиатуры