Tim istraživača uporedio je regeneraciju kod aksolotla, zebrice i miševa i identifikovao gene Sp6 i Sp8 kao ključne u epidermisu tokom obnove tkiva. Isključenje tih gena narušilo je regeneraciju kod aksolotla i miševa, dok je efekat bio manji kod zebrice. Viralna isporuka gena Fgf8 (AAV) delimično je obnovila rast kosti kod miševa (do +32% zapremina i +24% dužine), što predstavlja dokaz principa za dalje gen-terapijske pristupe.
Gen salamandre otkriva put ka ponovnom rastu udova — dokaz principa u miševima
A Mexican axolotl in Wake Forest University biologist Josh Currie's regeneration lab. (CREDIT: Wake Forest University)
Koža koja prekriva svežu ranu može delovati beznačajno, ali kod nekih životinja taj tanak sloj postaje signalni centar koji pokreće obnovu izgubljenih delova tela. Novo istraživanje na aksolotlu, zebrici i miševima otkriva zajedničke gene koji rade u epidermisu tokom regeneracije i pokazuje da njihovo ciljanje može delimično vratiti rast koštanih struktura kod sisara.
Ko je radio i zašto je to važno
Rad su vodili timovi Josh Currieja (Wake Forest), Davida A. Browna (Duke) i Kennetha D. Possa (University of Wisconsin–Madison). Pitanje je globalno relevantno: prema radu, više od 57 miliona ljudi živi sa gubitkom udova (2017), a preko milion amputacija se obavlja godišnje. Današnje proteze pomažu, ali ne vraćaju punu funkciju i često su povezane sa hroničnim bolom i problemima na interfejsu sa tkivom.
Wake Forest Assistant Professor of Biology Josh Currie. (CREDIT: Wake Forest University)
Šta su naučnici pronašli
Istraživači su otkrili da su transkripcioni faktori Sp6 i Sp8 (porodica SP) aktivni u epidermisu koji prekriva ranu kod zebrice, aksolotla i tokom regeneracije vrhova prstiju kod miševa. To je značajno jer ukazuje na konzervisan genetski program koji se pojavljuje uprkos razlikama u vrstama i strukturama koje obnavljaju.
Eksperimenti i rezultati
- U aksolotla su pomoću CRISPR-a uklonili Sp8: životinje su normalno razvile udove, ali nakon amputacije regeneracija je bila poremećena — skeletni elementi su se nepravilno formirali, a ponovljene regeneracije pogoršavale su defekte.
Amex.Sp8 is dispensable for axolotl limb development, but required for limb regeneration. Representative images of limb regenerates in control F0 Amex.Tyr CRISPR KO animals (left panel) and F1 and F0 Amex.Sp8 KO larvae axolotls at 35 dpa. (CREDIT: PNAS)
- U miševa su selektivno isključeni Sp6, Sp8 ili oba gena u bazalnom epidermisu pre amputaacije vrhova prstiju. Kada su oba gena ugašena, formiranje epidermalnog pokrivača i blasteme je bilo poremećeno, a obnova kosti značajno smanjena — posle 56 dana mnogi prsti su završili kao tup cep ili sa vrlo malo nove kosti.
- Kod zebrice, gašenje srodnih SP gena nije jasno poremetilo regeneraciju peraje. Autori navode moguću redundanciju u genomu zebrice i veću robustnost modela peraje prema genetskim izmenama.
Epidermal SP transcription factors are conserved mediators of appendage regeneration. Schematic of sample collection and enzymatic dissociation for RNA-seq profiling of mCherry/EGFP zebrafish fins at 0, 1, 2, 3, and 4 days post-amputation (dpa). (CREDIT: PNAS)
Gen-terapija kao „dokaz principa”
Tim je identifikovao Fgf8 kao ciljni signal povezan sa aktivnošću SP genа. Brownova grupa konstruisala je AAV-vektor sa regeneracijskim enhancerom (prvobitno identifikovanim kod zebrice) koji usmerava ekspresiju na mesto povrede. Ekspresija je ostala ograničena na region povrede (osim detekcije u jetri koja čisti virus), što smanjuje rizik sistemskih efekata.
U miševima bez Sp6 i Sp8, primena AAV-Fgf8 delimično je povratila regeneraciju: posle 28 dana tretirani prsti imali su 32% veću ukupnu koštanu zapreminu i 24% veću dužinu regenerisane kosti nego kontrolni prsti koji nisu primili Fgf8. Terapija je takođe pojačala regeneraciju u normalnim miševima (34% veća zapremina koštane regeneracije posle 21 danа).
Experimental design of Mmu.Sp6, Sp8, and Sp6+Sp8 conditional knockout models using the mouse digit tip (P3, third phalanx) amputation (amp.) model with tamoxifen induction. The timeline indicates tissue collection at 7–56 days post-amputation (dpa). (CREDIT: PNAS)
Tretman nije uspeo da poboljša regeneraciju kada je amputaacija bila učinjena na neregenerativnom nivou, što može odražavati ograničen pristup virusa ili veći biološki prag regeneracije na tom mestu.
Šta to znači za ljude
Autori naglašavaju da ovo nije direktan recept za ponovni rast ljudskih ruku ili nogu. Eksperimenti su izvedeni na miševskim vrhovima prstiju, a prelazak na terapije za ljude zahteva mnogo dodatnog istraživanja i testiranja. Ipak, studija je važan korak: pokazuje da se deo regenerativnog programa može „nagovoriti” u sisara i da ciljane gen-terapije mogu biti deo šire, multidisciplinarne strategije za poboljšanje obnove tkiva.
Objavljeno: Rezultati su dostupni u časopisu PNAS.
Zaključak: Iako ljudska regeneracija celih ekstremiteta ostaje daleka, otkriće konzervisanog epidermalnog programa i uspeh AAV-Fgf8 terapije u miševima predstavljaju značajan dokaz principa koji vodi daljim istraživanjima u regenerativnoj medicini.
Pomozite nam da budemo bolji.
