Плоский червь планария обладает уникальной способностью к регенерации, намного превосходящей таковую у других многоклеточных. Самый «удачный» опыт позволил вырастить по червю из каждого из 300 кусочков, на которые было разрезано его тело.
Но для ученых наибольший интерес представляет не просто способность клеток-необластов восстанавливать целый организм, а целенаправленная дифференцировка клеточной массы, образующая, попросту говоря, голову или хвост. Но то же самое происходит и в эмбриональном развитии любого другого организма, когда из генетически и морфологически одинаковых клеток развиваются сначала зачатки различных тканей, потом органы и системы.
Ученым из Института биомедицинских исследований имени Уайтхеда при Массачусетском технологическом институте (MIT) под руководством Питера Реддьена удалось объяснить этот механизм — пока только на планарии Schmidtea mediterranea.
Ответственным за поляризацию клеток оказался ген Smed-beta-catenin-1.
процесс, в ходе которого клетки стойко реализуют потенции к развитию до конечного морфофункционального состояния.
Подобная специализация сопряжена с приобретением новых свойств – чаще всего это способность синтезировать различные вещества, но и неизбежно связана с потерей способности к делению, или к дифференцировке в другие клеточные типы.
Дифференцировка клеток происходит как в развивающихся, так и в зрелых тканях и характеризуется экспрессией части генома. Основа дифференцировки - синтез цито- и тканеспецифичных белков. Она запускается в условиях in vitro («в пробирке») индуктором дифференцировки - веществом, которое может стимулировать дифференцировку стволовых клеток и клеток-предшественников в определённом направлении.
Некоторые клетки обладют способностью к дедифференцировке - утрате клетками специфических свойств с возвращением их морфофункциональной организации к более примитивному состоянию.
«Клеточная трансплантология и тканевая инженерия»
Ученые решили исследовать этот процесс на генетическом уровне, воспользовавшись методом РНК-интерференции, позволяющей с помощью вводимых коротких цепочек РНК избирательно блокировать деятельность определенных генов.
Ингибировав ген Smed-beta-catenin-1, они получили животное, у которого все время на месте травмы вместо хвоста отрастала голова.
Для планарии это не столь трагично, ведь ее организм построен абсолютно просто – две цепочки нейронов, соединенные между собой наподобие рельс и шпал; вся её нервная система, пищеварительная представляет из себя простую, даже не сквозную трубку. Все остальное тело заполнено рыхлой паренхимой, в которой располагается и половая система. Сложной кровеносной или другой транспортной сети планария не имеет.
Гораздо интереснее, что гены, схожие со Smed-beta-catenin-1, встречаются у всех позвоночных, от золотой рыбки до человека, и их роль в дифференцировке и специализации ткани была уже показана у амфибий и рептилий.
Бета-катенины, кодируемые этим геном, относятся к числу транскрипционных факторов, способных запускать работу других генов развития, но лишь тогда, когда на клетку действуют белки семейства Wnt.
Исследовав локализацию Wnt в теле планарии, при повреждении ученые обнаружили эти белки практически везде. Но Smed-beta-catenin-1 был активен только в хвосте и ингибировался в области головы с помощью сниженной экспрессии Wnt.
В результате ученые показали не только роль катенинов, но и их взаимосвязь с Wnt, определяющую, какому органу или ткани развиваться на месте повреждения.
Ингибировав бета-катенин на длительное время, ученые получили постепенное замещение хвостов на головы.
Плоские ресничные черви планарии обитают в реках, ручьях, озерах, прудах. Они ведут хищнический образ жизни, питаясь мелкими рачками, личинками насекомых, икрой и личинками рыб.
Хотя они имеют общую для многих плоских червей ланцетовидную форму, в их строении есть и некоторые особенности: это, прежде всего, реснички, покрывающие все тело черви. Чем меньше планария по величине, тем большую роль при движении играют реснички. У крупных планарий движение осуществляется в основном за счет волнообразного сокращения брюшной мускулатуры.
У большинства планарий имеются два глазка на спинной стороне передней части , тела. В зависимости от вида длина их тела колеблется от 1 до 25 миллиметров. Несмотря на то, что планарии имеют более сложную организацию, чем гидры, их способность регенерировать (восстанавливаться) гораздо выше.
Гидре для восстановления целого организма достаточно 1/200 его части, а планарии и того меньше - всего 1/279 части тела. Более того, планария с легкостью идет на «самоубийство»: если ее жизни что-то угрожает, тело распадается на куски. Это явление называется аутотомией.
У планарий в такой момент важную роль играет глотка - своеобразный организм в организме, которая снабжена не только собственной мускулатурой, но и своей иннервацией. Находясь в специальной полости на брюшной стороне тела в состоянии покоя, глотка оттянута далеко назад, но как только планария захватывает пищу, она тут же выдвигается наружу. При аутотомии глотка активизируется, мощными движениями разрушает окружающие ее ткани, отрывается, выходит в окружающую среду и продолжает самостоятельно двигаться. В дальнейшем и глотка, и куски, на которые распалась планария, восстановив все недостающие части, превращаются в целых планарий.
Аутотомия - защитная реакция при ухудшении условий окружающей среды. А для защиты от живых врагов у планарий имеются другие средства: неприятная на вкус слизь, покрывающая все тело, и особые кожные образования - рабдиты. Находясь в кожном эпителии, рабдиты могут выбрасываться наружу, смешиваясь со слизью.
Планарии большинства видов размножаются половым путем и обладают сложной половой системой, включающей женские и мужские гонады. Отложенные в защищенных местах яйца заключены в плотную скорлупу. Из них вылупляются белесые черви, которые тут же начинают охотиться на мелких животных: инфузорий, коловраток и пр.
Более подробно с работами специалистов можно будет ознакомиться в будущих номерах Science.
