Ploštínci planární jsou malí, nenároční tvorové s an úžasný talent. Rozřízněte jeden na kousky a z každého fragmentu může znovu vyrůst kompletní zvíře. Tato zdánlivě magická schopnost pochází z jejich plodných kmenových buněk, známých jako neoblasty, které mohou produkovat každou tkáň v těle.
U většiny zvířat takové regenerační kmenové buňky rostou v péči blízkých nikových buněk, malých mikroprostředí, která signalizují, kdy se mají dělit. Zdá se však, že planariáni, navzdory jejich mimořádným schopnostem obnovy, žádná taková sousedství postrádají, takže biologové si lámou hlavu nad tím, kde jejich kmenové buňky berou podněty.
V nové studii v Zprávy buňkyvědci ze Stowers Institute for Medical Research v Missouri v USA zjistili, že chybějící výklenek nemusí být vůbec místní, ale pochází ze střeva. Zkombinovali výkonný nástroj pro mapování genů nazvaný Slide-seqV2 s elektronovou mikroskopií, aby zmapovali, kde sedí tisíce kmenových buněk a které geny zapínají. Mapy odhalily, že neoblasty jen zřídka zůstávají v kontaktu s okolními tkáněmi, přesto jejich aktivita závisí na chemických zprávách odeslaných ze střeva. Když byly klíčové střevní geny vypnuty, obvyklý poúrazový výbuch buněčného dělení zmizel a regenerace se zpomalila; i každodenní výměna buněk se změnila.
„Planární střevo funguje jako centrální regulátor regenerace celého těla,“ řekl autor studie Alejandro Sánchez Alvarado, molekulární biolog ze Stowers Institute. Dodal, že stejné střevní signály mohou také pomoci vést rutinní obnovu tkání v celém těle.
Nálezy nedávají střevu na starost. Místo toho poukazují na kooperativní systém, ve kterém mnoho tkání, včetně střeva, pomáhá řídit kmenové buňky prostřednictvím sdílených chemických podnětů. Vzhledem k tomu, že kmenové a střevní buňky jsou od sebe vzdáleny jen několik mikrometrů (zhruba na šířku jedné buňky), jejich konverzace jsou pravděpodobně neseny molekulami, jako jsou malé proteiny, tuky nebo jiné metabolické signály, spíše než přímým kontaktem.
To znamená, že u planarianů se zdá, že regenerace závisí spíše na difúzní síti blízkých chemických signálů než na jediném pevném sousedství.
Složený obraz planárního ploštěnce, který sám znovu vyrůstá ze zkrácené formy. | Fotografický kredit: Zvláštní ujednání
Připraven k uzdravení
U jiného druhu probíhá stejný druh dálkové komunikace spíše nervovým systémem než střevem.
Když axolotl (Ambystoma mexicanum) ztratí končetinu, buňky na pahýlu se shromáždí a rozmnoží do hromady tkáně zvané blastém, která se stává motorem nového růstu. Po desetiletí vědci věřili, že tato malá struktura obsahuje hlavní část regeneračního programu. Ale a nové studium v Buňka skupina z Harvard Stem Cell Institute v Massachusetts v USA oznámila, že se k činu připojilo i samotné tělo.
Po amputaci výbuch aktivity nervů zvířecí stresové reakce nakrátko pohání buňky v celém těle, aby znovu vstoupily do cyklu dělení. Zdá se, že tato systémová aktivace celého organismu připravuje zvíře k opravě. Když je dříve nezraněná končetina později amputována, její blastém je znatelně větší o dva týdny.
Bylo zjištěno, že odpověď nesou speciální proteiny na buňkách, které vnímaly stresové signály. Ve vzdálených tkáních jedna skupina těchto proteinů zapnula systém řízení růstu zvaný mTOR, čímž tělo uvedlo do dočasného stavu připravenosti. V místě poranění další skupina udržovala růst nové končetiny. Na obou místech působil jako posel stejný stresový hormon norepinefrin, blízký chemický bratranec adrenalinu.
Když vědci zablokovali stresové nervy zvířete, regenerace se zpomalila. Ale když použili běžné léky na krevní tlak k napodobení nebo blokování těchto stresových signálů, mohli vytočit reakci nahoru nebo dolů, což ukazuje, že režim opravy těla lze zapnout a vypnout chemicky. Samotný aktivovaný stav zmizel asi po čtyřech týdnech, což naznačuje, že regenerace není trvalým stavem, ale krátkodobým „režimem opravy“ pod kontrolou nervového systému.
Skupina také vyjádřila podezření, že systém tento stav aktivně vypnul, místo aby jej nechal vyblednout, možná prostřednictvím mechanismu dohledu, který brzdil buněčný růst, jakmile reakce na zranění splnila svůj účel.
Přehodnocení regenerace
Stejný signální aparát existuje u savců, takže vědci nyní přemýšlí, zda by savci mohli mít také takové schopnosti. Regenerativní bioložka a docentka Jessica Whitedová, která harvardskou skupinu vedla, však silně zdůraznila, že jakékoli paralely s lidmi zůstávají spekulativní.
„Mohlo by být možné, že lidé mají latentní regenerační schopnosti, které je třeba získat správnými molekulárními instrukcemi ve specifické sekvenci,“ řekla a zdůraznila, že takové hypotézy stále vyžadují přímé testování.
Její tým zvažuje, zda by savci mohli dokonce spustit podobnou adrenergní reakci po vážném zranění, ale „uvízli“ dříve, než proces může pokračovat, selhání, které by mohlo odrážet molekulární brzdy blokující pozdější kroky regenerace.
Dokonce i u axolotlů, poznamenala, je regenerace těsně omezena na ránu.
„Systémově aktivované buňky nerostou nové končetiny po celém těle,“ řekla. „Zdá se, že je drží pod kontrolou brzdy, které omezují, kde a jak probíhá regenerace.“
Některé z těchto buněk v blízkosti pahýlu se mohou samy stát prekurzory blastému, zatímco jiné mohou působit nepřímo a signalizovat svým sousedům, aby zahájili růst. V obou případech, řekla, proces závisí spíše na komunikaci mezi tkáněmi než v rámci jednoho kompartmentu.
Přesto způsob, jakým tato globální koordinace funguje, není u každého zvířete stejný. Ken Poss, biolog z Duke University v Severní Karolíně v USA, řekl, že evoluce zřejmě vynalezla několik způsobů, jak této koordinace dosáhnout.
„Vrozená regenerace jako celek určitě používá různé architektury,“ řekl Dr. Poss. „Nervy a jejich signály mohou mít hlavní, vedlejší nebo žádnou roli v regeneraci, v závislosti na druhu a tkáni. Hledání společných rysů a rozdílů nám pomáhá poskládat puzzle.“
Tyto rozdíly však nejsou v rozporu s myšlenkou celotělové koordinace; zušlechťují to.
Tyto studie řeší nevyřešenou otázku: jak lokální je regenerační reakce na zranění? Řekla to Nadia Rosenthalová, výzkumnice z Imperial College of London. „Odhalují složitější, koordinovanou reakci, kde je celý organismus zapojen do regeneračního procesu.“
Mloci se mohou spoléhat na nervové signály a ploštěnci na metabolické podněty, ale oba, dodala, odhalují „dynamickou rovnováhu mezi místními reakcemi a celotělovým řízením opravy tkání“.
Obě studie společně přetavily regeneraci jako týmové úsilí, nikoli sólový akt. Bez ohledu na to, zda je proces řízen střevními signály nebo nervovými impulsy, závisí na dialogu mezi ranou a zbytkem těla. Další výzvou je naučit se, jak tyto rozhovory začínají a jak tělo ví, kdy je zastavit.
Anirban Mukhopadhyay je vystudovaný genetik a vědecký komunikátor z Nového Dillí.
