Как животным удается регенерировать глаза и почему мы так не можем
Если что-нибудь случится с глазами крошечной планарии Schmidtea mediterranea, то она сможет вырастить их заново в течение нескольких дней.
Как именно планарии удается так быстро вернуть себе глаза? Это научная головоломка, которую лаборатория Питера Реддиена в Институте Уайтхеда изучает уже много лет. Их последний проект претендует на то, чтобы наконец дать четкий и однозначный ответ. В статье, опубликованной в Science, исследователи определили новый тип клеток, который служит ориентиром, помогающим нервным нитям прокладывать маршрут от глаз к мозгу в случае обширных повреждений. Их задача состоит в том, чтобы помочь вырастить нейронные пути заново и восстановить зрение.
Глаза Schmidtea mediterranea состоят из захватывающих свет фоторецепторных нейронов, соединенных с мозгом с помощью длинных веретенообразных отростков, называемых аксонами. Черви, ставшие популярными в науке моделями для исследования регенерации, могут вырастить практически любую утраченную часть своего тела. Глаза в данном случае представляют особый интерес, потому что регенерация зрительной системы требует, чтобы для правильного подключения к мозгу нейроны переплетались между собой.
Когда у эмбрионов развиваются нервные системы, первые аксоны проникают сквозь ткани, образуя схемы, необходимые для восприятия и интерпретации внешних раздражителей. Аксонам на этом пути помогают специализированные клетки, называемые клетками-указателями. Они расположены в точках выбора — местах, в которых путь аксона может проходить в разных направлениях.
У многих организмов эти клетки-указатели перестают быть приоритетными после созревания организма и перестают обновляться в зрелом возрасте. Это одна из причин того, почему повреждения мозга или нервов обычно необратимы. «Это фундаментальная загадка регенерации, о которой мы раньше даже не думали», поясняет Реддиен, ведущий автор статьи «Как взрослое животное может восстанавливать функциональную нервную систему, если ее первоначальное развитие обычно включает в себя ряд сигналов, которые затем исчезают?»
l. Shimone
Клетки мускульного типа, расположенные вдоль аксонов
В 2018 году Люсила Шимоне обнаружила у взрослых планарий нечто удивительное: группы таинственных клеток, которые выглядели так, будто они могут играть роль в управлении растущими аксонами. Они обнаружились у всех особей в очень маленьких количествах (скоплениями по 5−10 клеток) и были разделены на две отдельные группы: некоторые распределялись вокруг глаз плоских червей, в то время как другие распределялись вдоль нервных путей от глаз к мозговому центру, повторяя пути аксонов.
Самое интересное заключается в том, что эти клетки проявляют те же признаки и свойства, что и клетки мышечной ткани. Пересаживая планариям глаза и удаляя клеточные скопления, генетики убедились в том, что именно клетки-указатели позволяют глазным нервам восстанавливать свою структуру и возвращать организму зрение.
Не исключено, что в будущем тот же самый принцип можно будет использовать для регенерации зрительных систем более сложных существ, включая человека. Если ученым улыбнется удача — мы получим беспрецедентную возможность вернуть зрение даже тем, кто был слеп с рождения.
