Ученые нашли способ вернуть мышечным тканям мышей утраченную в ходе эволюции способность к регенерации, не подвергая их риску развития рака.

Саламандры, тритоны и многие другие земноводные обладают потрясающей способностью к регенерации тканей. Они способны восстановить утраченную конечность или нарастить сердечную мышцу, когда это необходимо. Почему же нам, млекопитающим, это недоступно?

Существуют веские причины, не позволяющие нашим клеткам «перескакивать» с одной стадии своего жизненного цикла на другую, что необходимо для начала формирования новой ткани. Это ограничение уменьшает вероятность формирования потенциально смертоносных видов рака.

Однако ученые из Стэнфордского университета решили, что было бы неплохо обеспечить млекопитающим возможность быстрой регенерации, пусть даже ценой временного «отключения» некоторых естественных защитных механизмов. Заблокировав всего два из опухолевых супрессорных белков у лабораторных мышей, ученые смогли наблюдать восстановление мышечной ткани.

В настоящее время широко обсуждается возможность использования стволовых клеток для восстановления поврежденных тканей в организме взрослых млекопитающих (в том числе человека). Однако в данном случае исследователи обошли стволовые клетки стороной. Их внимание было сосредоточено на миоцитах — клетках мышечной ткани, которые в обычных условиях не делятся. Как и большинство других клеток в организме млекопитающих, они «зафиксированы» в некотором состоянии, достигнув которого клетки перестают меняться. А без деления клеток невозможна регенерация.

Совсем другое дело — клетки земноводных, способные заново «запускать» свой жизненный цикл, восстанавливая поврежденные ткани. Изначально такие клетки плюрипотентны — т. е. способны превратиться почти во все типы клеток. Но при этом они строго следуют «проторенному пути», выращивая только нужные ткани — в данном случае мышцы.

Перед тем, как попытаться «уговорить» клетки млекопитающих вести себя подобным образом, необходимо выявить различия в механизмах регуляции клеточного цикла у земноводных и млекопитающих. В частности, речь идет об опухолевых супрессорах — генах, контролирующих деление клеток.

Предыдущие исследования показали, что ген ретинобластомы (Rb) играет важную роль в предотвращении «несанкционированного» деления клеток млекопитающих. Однако эффект от блокирования экспрессии этого гена был неоднозначный: иногда это приводило к «повторному запуску» жизненного цикла клеток, иногда — нет.

Ученым понадобилось провести целое «эволюционное расследование», чтобы выяснить, что тут замешан еще один опухолевый супрессор — ARF. Исследователи отметили, что ARF присутствует в геноме птиц и млекопитающих, а вот саламандры и другие земноводные, разместившиеся на нижних ветвях эволюционного древа, этого гена лишены. Что характерно, ARF также отсутствовал в тех клетках, которые возвращались к началу клеточного цикла при блокировке Rb. В печени млекопитающих (единственном органе человека, способном к регенерации) содержание белка ARF понижено.

В ходе экспериментов на мышах ученые обнаружили, что одновременное «отключение» ARF и Rb в миоцитах, изолированных от мышечной ткани, позволяет клеткам вернуться в плюрипотентному состоянию и начать деление. После возвращения в организм мышей видоизмененные клетки смогли объединиться с существующими мышечными волокнами, образовав полноценную новую мышцу. Вскоре экспрессия Rb восстановилась, и деление клеток прекратилось. Миоциты вновь «зафиксировались» в том состоянии, из которого уже не могли «перескочить» в начало своего жизненного цикла. Иначе пересаженные клетки делились бы слишком активно, нарушая структуру мышцы.

Исследования в области регенерации млекопитающих, инициированной «отключением» одного или нескольких генов, ведутся довольно активно. Например, в Вистаровском институте (Пенсильвания) вырастили генетическую линию мышей, способных практически без следа заращивать сквозную рану в ухе («Мышь неубиваемая: Генное заживление»).

Работа ученых из Стэнфордского университета, результаты которой опубликованы в журнале Cell Stem Cell, продемонстрировала, что временная блокировка всего двух генов способна вернуть млекопитающим утраченную в ходе эволюции способность к регенерации. Ключевое слово здесь — «временно». Удаление белков, ответственных за подавление роста раковых клеток, может привести к весьма неприятным последствиям. Тогда как контролируемое «отключение» вполне способно стать незаменимым терапевтическим инструментом.

В планах исследователей — выяснить, как описанная методика будет работать с другими типами клеток (например, в тканях сердца или поджелудочной железы) и попытаться использовать контролируемую пролиферацию клеток для восстановления поврежденных тканей и терапии различных заболеваний.

По пресс-релизу Stanford School of Medicine