Изучив механизмы восстановления морских животных, биологи выяснили, что именно играет ключевую роль в регенерации тканей у зеленого нереиса. Этот червь из вод Белого моря может восстановить утраченную часть тела, но оказалось, что, если подавить действие белка FGF, эти способности нарушатся. Родственники протеина есть и у человека — возможно, на их основе удастся разработать способы быстрого лечения ран. Статья об исследовании вышла в журнале Genes в рамках проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ).
Фибробластические факторы роста (FGF) — белки, которые играют значимую роль в заживлении ран и росте тканей. Их выделяют наружный слой кожи (эпидермис), нервная ткань, макрофаги («пожиратели» всего потенциально опасного для организма) и фибробласты — основные клетки соединительной ткани, — когда появляется необходимость в восстановлении поврежденных частей тела. В результате запускается процесс активного деления клеток и выработки предшественника коллагена (тропоколлагена), синтезируются межклеточный матрикс и основное вещество соединительной ткани, начинается рост нервов и кровеносных сосудов.
«Уже сейчас эти белки применяют в экспериментальных методиках культивирования. Их добавляют в коктейль питательной жидкости, чтобы выращивать различные клетки животного происхождения. Например, такой подход используется для производства биомассы, на которой потом будут тестировать лекарства или нарабатывать рекомбинантные белки и вирусные частицы. Однако мы можем выйти и за пределы клеточных культур, например, использовать их в различных препаратах для быстрого заживления ран прямо на человеке», — объясняет Виталий Козин, старший преподаватель Санкт-Петербургского государственного университета.
Эмбриологи Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) исследовали FGF из зеленых нереисов. Это самые крупные — до полуметра длиной — и очень эффектные благодаря своей необычной окраске кольчатые черви Белого моря. Они чрезвычайно плодовиты, долго живут (от трех до семи лет), но главное — способны на месте ампутированной части тела отрастить ее миниатюрную копию. Еще их можно поймать сачком: во время нереста, проходящего в конце июня — начале июля, животные поднимаются к поверхности воды. Именно так и собирали червей авторы работы. После этого они искусственно оплодотворили животных в лаборатории и вырастили в контролируемых условиях новых особей, пригодных для исследований.
Сначала эмбриологи проанализировали базу данных, в которой нашли интересующие их гены, и сравнили их с участками ДНК, играющими аналогичную роль у человека. У нереиса всего два лиганда (так называют связывающиеся с белком молекулы) и два рецептора FGF, что значительно меньше, чем у людей. Затем из регенерирующих после повреждений нереисов выделяли продукты этих генов — РНК — и клонировали их фрагменты. На основе последних синтезировали светящиеся метки, позволяющие увидеть, где именно у червей эти гены работают. Метод называется гибридизацией in situ, то есть «сращиванием» молекул РНК на месте — внутри организма.
Когда время и место активности генов были определены, ученые искусственно заблокировали рецепторы и посредники сигнального пути белков FGF, добавив в морскую воду, где жили животные, вещества-ингибиторы. Оказалось, что подавление работы протеинов повлияло не только на деление клеток в месте повреждения, но и в целом на процесс восстановления утраченной части тела. У контрольных (не получавших ингибиторы) животных рост клеток начинался уже спустя четыре часа после ампутации, а в течение шести дней шло восстановление мышц и нервов. Ингибиторы же полностью остановили регенерацию.
«Знания о механизме восстановления тканей нереиса применимы для терапевтических подходов регенеративной медицины. Принципиальная роль FGF у позвоночных и беспозвоночных не отличается. Анализ показал, что участие этих белков в восстановительных процессах должно было существовать уже у общего предка животных, жившего более 500 миллионов лет назад. Нам еще предстоит выяснить, что именно послужило причиной замедления регенерации у человека», — поделился планами Виталий Козин.
Летом биологи планируют испытать действие рекомбинантного FGF на нереисе. Возможно, повышение его уровня по сравнению с естественным приведет к ускорению регенерации.
