Стволовые клетки синхронизируются для восстановления спинного мозга у аксолотлей
Международная группа учёных обнаружила уникальный механизм восстановления повреждений спинного мозга с помощью стволовых клеток у аксолотлей. Его изучение может помочь в создании методов лечения пациентов с подобными травмами.
Спинной мозг – один из главных компонентов центральной нервной системы: он проводит импульсы от головного мозга к органам и обратно, а также координирует простые безусловные и некоторые вегетативные рефлексы. Различные травмы могут вызвать необратимые повреждения спинного мозга, приводящие к параличу, а иногда даже к смерти.
У большинства позвоночных, в том числе людей, спинной мозг не способен самостоятельно регенерировать после травмы. Однако существуют исключения. Например, аксолотль (Ambystoma mexicanum), личинка хвостатой амфибии амбистомы, которая может не превращаться во взрослую форму, обладает замечательной способностью восстанавливать спинной мозг после повреждения. Когда аксолотль по какой-либо причине теряет хвост, нейральные стволовые клетки, находящиеся в спинном мозге, мигрируют в область травмы для регенерации. Пока что ученые могут детектировать эту активность только через несколько дней после начала процесса.
«Через четыре дня после ампутации [хвоста] стволовые клетки в пределах одного миллиметра от травмы начинают делиться в три раза быстрее, чем при обычном восстановлении спинного мозга и замещении утраченных нейронов», — объясняет Эмануэль Кура Коста (Emanuel Cura Costa), соавтор исследования. «Что делают стволовые клетки в первые четыре дня после травмы, было настоящей загадкой».
Для того чтобы изучить процессы, происходящие в первые моменты регенерации спинного мозга, исследователи из Национального совета научных и технических исследований Аргентины (Argentina’s National Scientific and Technical Research Council, CONICET) и Исследовательского института молекулярной патологии (Research Institute of Molecular Pathology, IMP), Австрия, объединились, чтобы воссоздать этот процесс в математической модели и проверить свои прогнозы на ткани аксолотля с помощью новейших технологий визуализации.
Их результаты, опубликованные на сайте InLife, показывают, что нейральные стволовые клетки ускоряют собственные клеточные циклы, синхронизируясь между собой. При этом данный процесс распространяется по спинному мозгу.
«Сеанс одновременной регенерации»
В спинном мозге клетки размножаются асинхронно: некоторые активно реплицируют свою ДНК, прежде чем разделиться на две клетки для поддержания роста, а некоторые находятся в состоянии покоя.
В новом исследовании учёные продемонстрировали, что данная ситуация полностью меняется после полученной травмы. Большинство клеток, которые находятся в непосредственной близости от поврежденного участка, стремительно переходят на определенную стадию клеточного цикла, чтобы синхронизироваться с общей массой и размножаться согласованно.
«Мы разработали метод для отслеживания отдельных клеток в растущем спинном мозге аксолотлей. Покоящиеся и активные клетки помечаются разными цветами, что позволяет нам определить с помощью микроскопа масштаб и скорость пролиферации клеток», — говорит Лео Оцуки (Leo Otsuki), постдок IMP и соавтор исследования. «Мы были очень взволнованы, увидев соответствие между теоретическими предсказаниями и экспериментальными результатами».
Синхронность клеточного деления в восстанавливаемом спинном мозге, является исключительным случаем среди животных. Как стволовые клетки способны координировать свои действия на расстоянии, превышающем их собственный размер практически в 50 раз?
Таинственный сигнал, управляющий регенерацией
«Наша модель натолкнула нас на мысль о существовании одного или нескольких сигналов, которые подобно волне передаются через ткань от места повреждения, увеличивая область пролиферирующих клеток», — объясняет Освальдо Чара, научный сотрудник в CONICET и руководитель группы SysBio в Институте физики жидкостей и биологических систем (Institute of Physics of Liquids and Biological Systems, IFLySIB). «Данный сигнал может действовать как мессенджер и стимулировать размножение стволовых клеток».
Учёные полагают, что этот загадочный посредник помогает перепрограммировать стволовые клетки, повышая скорость их деления для восстановления утерянных тканей. В новом исследовании удалось обнаружить нахождение этого сигнала в пространстве и времени, открыв путь для дальнейшего изучения его характеристик.
«Сочетание математических моделей с нашим опытом в области визуализации тканей стало ключом к пониманию начальных этапов регенерации спинного мозга», — сказала Элли Танака (Elly Tanaka), старший научный сотрудник IMP. «Следующим шагом будет поиск молекул, способствующих регенерации спинного мозга, которые могут иметь огромный терапевтический потенциал для пациентов с травмами позвоночника».
