| Аквариумная рыбка Данио-рерио (zebrafish), принадлежащая к роду Данио семейства Карповых
является пресноводной тропической рыбкой. Ее длина не превышает 4-5 см. Она имеет яркий,
полосатый рисунок, чем-то напоминающий зебру, за что она и получила свое
английское название zebrafish. Уникальной способностью этой рыбки при регенерации
плавников восстанавливать не только форму и структуру, но и цветовой рисунок
удаленного плавника уже давно заинтересовались исследователи морфогенеза.
Наблюдение за восстановлением пигментных клеток этой рыбки позволило сделать
немало важных выводов о механизмах
регенеративного морфогенеза. После
ампутации плавника на раневой поверхности появляется лишенная всякой окраски
бластема. Вслед за этим, от места отсечения, начинают отрастать костные лучи
плавника. Однако даже через 3 недели после ампутации, когда общая структура плавника
уже восстановлена, на нем все еще видна только одна из трех (красной, черной и
желтой) цветных полос. Восстановление характерной окраски плавника происходит
лишь позднее, через 40-50 дней после ампутации. Таким образом, пигментные
клетки восстанавливаются путем дифференциации из бесцветных прогениторных (в
данном случае пропигментных) клеток (Goodrich, Green, 1959[1]). Важно отметить, что при этом восстанавливается не
только трехцветная окраска плавника, но и фактически равная исходной ширина
каждой полосы.
При регенерации хвостового плавника
Данио-рерио наблюдается целый комплекс процессов восстановления -
восстанавливаются:
эпидермис, кости, мышцы, кровеносные
сосуды, нервы.
Помимо хвостового и парных плавников
Данио-рерио способны регенерировать поврежденную сетчатку глаз, поперечно
перерезанные зрительные нервы и спинной мозг, а также сердечную мышцу после
резекции до 20% желудочка, причем практически без образования рубцов.
Удивительно, что при регенерации сердца, образовавшиеся новые сердечные клетки
способны функционально интегрироваться в поврежденную, но продолжающую
непрерывно сокращаться сердечную мышцу. В связи с этим необходимо отметить, что
в отличие от имеющих четырехкамерное сердце и два круга кровообращения,
млекопитающих (которые способностью регенерировать сердце обладают только до
раннего постнатального периода) у рыб сердце двухкамерное и только один круг
кровообращения. Кроме того, кардиомиоциты у взрослых млекопитающих не способны делиться.
Даже при гипертрофии, когда количество ДНК в сердце увеличивается, это
увеличение идет за счет полиплоидии, а не увеличения числа клеток. Что же
касается мышечных клеток сердца рыбы, то они не теряют способности к делению и
при повреждении начинают активную пролиферацию. Причем пролиферируют не только
клетки поврежденного участка, но и клетки всего сердца.
Изучение мутаций у Данио-рерио показало, что в инициации процесса регенерации хвоста важную роль
играет ген fgf20a, активация которого наблюдается вскоре после ампутации
([2]). У
млекопитающих подобный ген участия в регенерации не принимает. Помимо гена fgf20a для нормальной регенерации плавника
необходимы белки JunB, которые во время регенерации хвостового
плавника фосфорилируются JNK - Jun N-концевой киназой ( Jun N-terminal
kinase ) ([3]). Белок JunB является членом семейства транскрипционных
факторов AP-1 (активаторный белок – 1)
(activator protein-1), участвующих в регуляции клеточной пролиферации ([4]). Предполагалось, что он ингибирует
пролиферацию клеток и их трансформацию в раковые клетки, регулируя транскрипцию генов кодирующих белки промоторы
клеточного цикла, такие как циклин D
(CyclinD) или p16INK4A, а также циклин A
(CyclinA) или p19(ARF). У человека, в отличие от рыб, этот белок не
содержит участка для фосфорилирования ([5]) и
может играть роль онкогена
вызывающего лимфому ([6]).
Важную роль в механизме регенерации
плавника может играть реактивация молчащих эмбриональных генов. Такая
реактивация генов может быть связана с деметилированием гистона Н3.
Об этом свидетельствует ингибирование процесса регенерации хвостового
плавника в случае ингибирования деметиллазы me3K27 H3 (me3K27 H3 demethylase), так как в
результате не смог активироваться промотор одной из мишеней этого фермента (dlx4a – ген гомеобокса из семейства
генов участвующих в формировании придатков в процессе эмбриогенеза).
[правка]
[1] Goodrich H.B., Green J.M. (1959) An experimental analisis of the development of a color pattern in the fish Brachydanio albolineatus Blyth. J. Exp. Zool., 141, 21-25 [2]
. Whitehead GG, Makino S, Lien CL, Keating MT
fgf20 is essential for initiating zebrafish fin regeneration. Science. 2005;310:1957–1960
[3] Ishida T, Nakajima T, Kudo A, Kawakami A.
Phosphorylation of Junb
family
proteins by the Jun N-terminal kinase supports tissue regeneration in
zebrafish. Dev Biol. 2010;340:468–479
[5]
. Kallunki T,
Deng T, Hibi M, Karin M. c-Jun can recruit JNK to phosphorylate
dimerization partners via specific docking interactions. Cell. 1996;87:929–939
|
|