Ученые выяснили, как актинии восстанавливают форму после серьезной травмы

Наши тела удивительно искусны в адаптации к изменяющимся условиям. Например, будь то летняя жара или зимние морозы, наша внутренняя температура остается стабильной на уровне 37°C благодаря процессу, называемому гомеостазом. Этот скрытый акт балансировки жизненно важен для выживания, позволяя животным поддерживать стабильные внутренние условия, даже когда внешний мир меняется.

Однако недавние исследования группы Икми в EMBL в Гейдельберге показывают, что гомеостаз может выходить за рамки внутренней регуляции и активно переопределять форму организма.

Морская анемона-звездочка (Nematostella vectensis) обладает замечательными регенеративными способностями. Отрежьте ей голову или ногу, и она просто вырастет новую. Разрежьте ее пополам, и каждая часть станет полноценной, полностью функциональной актинией. 

В то время как некоторые регенерирующие животные, такие как саламандры и рыбы, сосредоточены на восстановлении утраченных частей пропорционально тому, что осталось, этот морской анемон использует другой подход. Он перестраивает все свое тело, чтобы сохранить ту же общую форму, даже если это означает корректировку частей, которые не были повреждены. Эта особенность также наблюдается у плоских червей и других животных с регенеративными способностями всего тела.

«Регенерация — это восстановление функции после потери или повреждения ткани», — пояснил Айссам Икми, руководитель группы EMBL и старший автор нового исследования в журнале Developmental Cell. «Большинство исследований в основном рассматривают закономерности и размеры при регенерации, но наши результаты показывают, что поддержание формы также имеет решающее значение — и это то, что организм активно контролирует».

Открытие началось, когда Стефани Чунг заметила нечто необычное. Когда у актинии была повреждена нога, Чунг наблюдала не только деление клеток в месте раны, но и неожиданное деление клеток на противоположном конце тела — в области рта. Это предполагало, что актиния посылает сигналы по всему телу в ответ на травму.

Для исследования этого вопроса исследовательская группа использовала технику, называемую пространственной транскриптомикой, в сочетании с передовой визуализацией. Это позволило им увидеть, какие гены были активны в разных частях тела анемона во время регенерации. То, что они обнаружили, было удивительным: травма вызвала молекулярные изменения как вблизи, так и вдали от раны. Клетки двигались, а ткани реорганизовывались, эффективно изменяя форму всего тела.

Интересно, что степень перестройки тела зависела от тяжести травмы. Потеря ноги вызвала незначительные изменения, тогда как разрезание анемона пополам привело к существенной перестройке.

Команда определила семейство ферментов, называемых металлопротеазами, которые становились более активными по мере потери большего количества ткани. Эти ферменты работали не только в месте раны; они были активны по всему телу, помогая выравнивать ткани.

«Активность металлопротеазы никогда ранее не наблюдалась у подобных животных», — сказал Петрус Стинберген, один из ведущих авторов исследования и старший научный сотрудник Ikmi Group. «Мне пришлось разработать и оптимизировать экспериментальные условия для Nematostella на основе немногочисленной литературы, доступной по другим видам. Это заняло некоторое время, но конечные результаты оказались весьма обнадеживающими».

Прорыв произошел, когда исследователи поняли, что все эти изменения были направлены на восстановление первоначальной формы анемона. Измерив соотношение сторон — отношение длины к ширине — они обнаружили, что анемон вернулся к своим пропорциям до травмы. Таким образом, даже если анемон стал меньше после травмы, он сохранил прежнюю форму.

«Мы смогли стать свидетелями общетелесной координации, которая управляет этим ремоделированием», — объяснил Икми. «Этот пропорциональный ответ позволяет анемону восстанавливать свою форму, подчеркивая, как организмы, подобные Nematostella, интерпретируют и реагируют на потерю ткани способом, который масштабируется в соответствии с нанесенным ущербом».

Это исследование было результатом совместных усилий. Команда Рика Корсвагена из Института Хубрехта в Нидерландах помогла внедрить пространственную транскриптомику в морской анемоне. Команда Оливера Штегле из EMBL в Гейдельберге и Немецкого центра исследований рака (DKFZ) внесла вклад в биоинформатику и статистические методы, необходимые для работы с данными пространственной экспрессии генов.

«Было приятно вместе разбираться в результатах исследования, объединив опыт команды в анализе данных и клеточной биологии», — сказал Тобиас Гербер, еще один из ведущих авторов исследования. «Эта работа была по-настоящему совместным путешествием, и я рад, что был его частью».

Заглядывая вперед, Икми и его команда с нетерпением ждут возможности исследовать новые вопросы. «Следующий большой вопрос — почему так важно поддерживать форму», — сказал Икми. «И как организм ощущает свою собственную форму? Откуда он знает, как он выглядит в данный момент?»

Используя в качестве модели замечательную морскую актинию- звездочку, они стремятся раскрыть больше секретов о том, как организмы восстанавливаются и поддерживают равновесие.