Включването на един ген съживява регенерацията на тъканите при мишки

Активирането на един спящ ген позволява на мишките да регенерират тъканта на ухото, откри екип на Националния институт по биологични науки в Пекин.

Някои гръбначни животни, като саламандрите и рибите, могат да регенерират прецизно сложни тъканни структури. Загубен крайник може да бъде възстановен, увредено сърце или око може да бъде поправено. Саламандрите са толкова забележителни в реконструирането на увредени тъкани, че дори травма на гръбначния мозък с прекъсната невромоторна свързаност може да бъде възстановена.

Бозайниците понякога демонстрират способността си да се регенерират. Еленските и козите рога са примери за регенерация на живи тъкани. Ако ги загубят, мишките могат да възстановят върховете на пръстите си. Здравият човешки черен дроб може да претърпи до 70% загуба на тъкан и да се възстанови до почти пълен размер в рамките на няколко седмици.

Въпреки това, в по-голямата си част бозайниците сякаш са заменили древния капацитет за регенерация на тъканите с образуване на белези, компромис, който увеличава непосредствената преживяемост след нараняване чрез затваряне и запечатване на раната.

Регенерацията на дупки в ушната тъкан е била изследвана преди това при специфични щамове лабораторни мишки, които имат способността да затварят 2-милиметрови дупки в ушите без белези. Те могат да регенерират хрущял, дерма, епидермис, космени фоликули и дори нерви в ушната тъкан и са показали известна способност да поправят увреждания на сърцето. Зайците също имат тази способност да регенерират дупки в ушната тъкан, което предполага, че способността може да е била споделена от общ прародител.

Зайците и мишките са сродни видове, които споделят общ прародител преди около 90 милиона години, който преди това се е отклонил от човешкия прародител, приблизително по същото време. Милиони години отделна еволюция са оставили самия ген за регенерация непокътнат, но са пренастроили неговата експресия, потискайки регенеративен отговор на предците при повечето гризачи, който някои мишки и зайци все още развиват.

В проучването, публикувано в Science, изследователите са провели сравнителни геномни анализи на регенериращи бозайници, зайци, кози и африкански бодливи мишки, както и на нерегенеративни мишки и плъхове.

Анализирайки възстановяването след нараняване на ушната мида при тези бозайници, изследователите са използвали секвениране на едноклетъчна РНК, пространствено транскриптомно профилиране, секвениране на обемна РНК, ChIP-seq, ATAC-seq и Micro-C, за да идентифицират разликите в генната активност във фибробластите, индуцирани от рани, специализирани клетки, които са от решаващо значение за регенерацията на тъканите.

Активирането на сигнализацията на ретиноева киселина (RA) възстановява липсващите вътрешни структури на ушната мишка на мишката, включително хрущяла. Кредит: Wei Wang Lab at National Institute of Biological Sciences, Beijing

Резултатите от регенерацията са оценени при 10 зайци и 10 нерегенериращи лабораторни мишки. Мишките са образували първоначални клетъчни клъстери, подобни на бластема, показателни за потенциал за регенерация, но продължават до леко образуване на белези без регенерация.

Генетичният анализ посочва потенциална разлика в моделите с мишки и зайци. Натрупването на ретиноева киселина при зайците предшества регенерацията, синтезирана от ретиналдехид от ензим, наречен член А2 на семейството Алдехид дехидрогеназа 1 (Aldh1a2). Мишките също експресират ензима Aldh1a2, но той почти липсва и е недостатъчен, за да произведе значително количество ретиноева киселина.

Тестването установява, че приемането само на ретиноева киселина (RA) (по-специално не на нейния прекурсор ретинол) напълно възстановява регенерацията на хрущяла и други ушни структури при мишки и плъхове. Обратно, инхибирането (потискането) на производството на RA възпрепятства регенерацията при зайци, потвърждавайки нейната критична роля.

Изследователи създадоха трансгенни мишки, носещи регулаторен енхансер, получен от заек, известен като AE1. Вмъкването на този единствен генетичен елемент увеличи експресията на Aldh1a2 след нараняване и индуцира повторен растеж на хрущяла и други структури на ухото.

Активирането на RA сигнализацията възстановява инервацията в ушната мишка на мишка. Кредит: Wei Wang Lab at National Institute of Biological Sciences, Beijing

Възстановяването при трансгенни мишки е непълно в сравнение с напълно възстановените уши на мишки, на които е инжектирана ретиноева киселина, което предполага, че може да са необходими допълнителни подобрители и промоторни взаимодействия, за да се продължи процесът след първоначалното увреждане.

Генетичният анализ идентифицира регулаторни елементи, необходими за регенерация след нараняване, които са станали неактивни при нерегенеративни видове. Реактивирането на този генетичен превключвател индуцира регенерация на увредените структури, а пропускането на генетичния механизъм чрез доставяне на ретиноева киселина работи още по-добре.

Резултатите и откритията би трябвало да вдъхновят вълна от изследвания в областта на регенеративната медицина, насочени към неизползвания капацитет за заобикаляне на образуването на белези чрез използване на потенциално спящи механизми, които вече са готови да възстановят увредените тъкани на косата, кожата, нервите и хрущялните тъкани.

Справка: Weifeng Lin et al, Reactivation of mammalian regeneration by turning on an evolutionarily disabled genetic switch, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adp0176

Източник: Switching on a silent gene revives tissue regeneration in mice, Justin Jackson, Phys.org

Още по темата

10/04/2025

Медицина

Регенерацията на ретината е възможна, трябва само да се премахне "молекулярната спирачка"

27/02/2025

Медицина

Търси се "комуникационно устройство", което казва на клетките да регенерират тялото

31/10/2023

Животът

Половото размножаване потиска регенерацията на тъканите

12/04/2022

Медицина

Разработва се ново регенеративно лекарство, което възстановява слуха (видео)