Šta je zajedničko Wolverineu, Deadpoolu i Meduzi? Svi oni imaju nevjerovatnu osobinu - regeneraciju. Naravno, u stripovima i filmovima, ova sposobnost, uobičajena među vrlo ograničenim brojem stvarnih živih organizama, je malo (a ponekad i jako) pretjerana, ali ostaje sasvim stvarna. A šta je stvarno može se objasniti, a to su naučnici sa Univerziteta Tohoku (Japan) odlučili da urade u svojoj novoj studiji. Koji su ćelijski procesi u tijelu meduze povezani s regeneracijom, kako se ovaj proces odvija i koje druge super-moći imaju ova žele slična stvorenja? O tome će nam reći izvještaj istraživačke grupe. Idi.
Osnova istraživanja
Pre svega, naučnici objašnjavaju zašto su odlučili da svoju pažnju usmere na meduze. Činjenica je da se većina istraživanja u oblasti biologije provodi uz učešće takozvanih modelnih organizama: miševa, voćnih mušica, crva, riba itd. Ali na našoj planeti postoje milioni vrsta, od kojih svaka ima jednu ili drugu jedinstvenu sposobnost. Stoga je nemoguće u potpunosti procijeniti proces ćelijske regeneracije proučavanjem samo jedne vrste, te pretpostaviti da će proučavani mehanizam biti zajednički za sva stvorenja na Zemlji.
Što se tiče meduza, ova stvorenja, sama po svom izgledu, govore o svojoj jedinstvenosti, što ne može a da ne privuče pažnju naučnika. Stoga, prije nego što pređem na seciranje same studije, upoznao sam se s njenim glavnim likom.
Riječ "meduza", koju smo nekada nazivali stvorenjem kao takvom, zapravo se odnosi samo na fazu životnog ciklusa žalaca iz podtipa medusozoa. Cnidaria je tako neobično ime dobila zbog prisustva ubodnih ćelija (cnidocita) u njihovom tijelu, koje se koriste za lov i samoodbranu. Jednostavno rečeno, kada vas ubode meduza, ovim ćelijama možete zahvaliti za bol i patnju.
Cnidocyts sadrže cnidocyst, intracelularnu organelu odgovornu za efekat "bockanja". Prema njihovom izgledu i, shodno tome, načinu primjene, razlikuje se nekoliko vrsta cnidocita, među kojima možemo razlikovati:
- penetranti - niti sa šiljastim krajevima koji poput koplja probijaju tijelo žrtve ili počinitelja, ubrizgavajući neurotoksin;
- glutinanti - ljepljive i dugačke niti koje obavijaju žrtvu (ne najprijatniji zagrljaji);
- Volventi su kratke niti u koje se žrtva lako može zaplesti.
Takvo nestandardno oružje objašnjava se činjenicom da meduze, iako graciozne, nisu posebno okretna stvorenja. Neurotoksin koji uđe u tijelo plijena trenutno ga paralizira, što meduzi daje puno vremena za pauzu za ručak.
Meduza nakon uspješnog lova.
Osim neobičnog načina lova i odbrane, meduze imaju vrlo neobičnu reprodukciju. Mužjaci proizvode spermatozoide, a ženke jaja, nakon čijeg spajanja nastaju planule (larve) koje se talože na dnu. Nakon nekog vremena iz ličinke izrasta polip, iz kojeg se, po dostizanju zrelosti, bukvalno odvajaju mlade meduze (u stvari, dolazi do pupanja). Dakle, postoji nekoliko faza životnog ciklusa, od kojih je jedna meduza ili generacija meduza.
Dlakavi cijanid, poznat i kao "lavlja griva".
Kada bi dlakavu cijanid pitali kako povećati efikasnost lova, odgovorila bi - više pipaka. Ukupno ih ima oko 60 (skupovi od 15 pipaka na svakom uglu kupole). Osim toga, ova vrsta meduza smatra se najvećom, jer promjer kupole može doseći 2 metra, a pipci tokom lova mogu se protegnuti i do 20 metara. Dobra stvar je što ova vrsta nije posebno “otrovna”, pa stoga nije pogubna za ljude.
Morska osa bi zauzvrat dodala kvalitet kvantitetu. Ova vrsta meduza također ima 15 pipaka (dužine 3 m) na svakom od četiri ugla kupole, ali je njihov otrov višestruko jači od otrova kod rođaka velike veličine. Vjeruje se da je neurotoksin u tijelu morske ose dovoljan da ubije 60 ljudi za 3 minute. Ova grmljavina živi u priobalnom pojasu sjeverne Australije i Novog Zelanda. Prema podacima od 1884. do 1996. godine, u Australiji su umrle 63 osobe, ali ti podaci mogu biti netačni, a broj fatalnih susreta između osobe i morske ose može biti mnogo veći. Međutim, prema podacima za 1991-2004, od 225 slučajeva, samo 8% žrtava je hospitalizovano, među kojima je i jedna smrtna (trogodišnje dijete).
Sea wasp
Sada se vratimo na našu današnju studiju.
Sa stanovišta ćelija, najvažniji proces cjelokupnog života svakog organizma je proliferacija stanica - proces rasta tjelesnih tkiva kroz reprodukciju ćelija diobom. Tokom rasta organizma, ovaj proces reguliše povećanje veličine tela. A kada se tijelo potpuno formira, stanice koje se razmnožavaju regulišu fiziološku razmjenu stanica i zamjenu oštećenih novima.
Cnidaria, kao srodna grupa bilateralnih i ranih grana razvoja višećelijskih organizama, godinama se koristi za proučavanje evolucijskih procesa. Stoga, cnidarije nisu izuzetak u pogledu proliferacije. Na primjer, tokom embrionalnog razvoja morske anemone Nematostella vectensis ćelijska proliferacija je usklađena s organizacijom epitela i uključena je u razvoj pipaka.
Nematostella vectensis
Između ostalog, cnidarije su, kao što već znamo, poznate po svojim regenerativnim sposobnostima. Hidra polipi (rod slatkovodnih sesilnih koelenterata iz klase hidroida) se stotinama godina smatraju najpopularnijim među istraživačima. Proliferacija, aktivirana umirućim ćelijama, pokreće proces regeneracije glave bazalne hidre. Samo ime ovog stvorenja aludira na mitsko stvorenje poznato po svojoj regeneraciji - Lerneansku hidru, koju je Herkules uspio pobijediti.
Iako su regenerativne sposobnosti povezane s proliferacijom, ostaje nejasno kako se ovaj ćelijski proces odvija u normalnim uvjetima u različitim fazama razvoja organizma.
Meduze, koje imaju složen životni ciklus koji se sastoji od dvije faze razmnožavanja (vegetativne i seksualne), služe kao odličan model za proučavanje proliferacije.
U ovom radu ulogu glavne proučavane jedinke imala je meduza vrste Cladonema pacificum. Ova vrsta živi uz obalu Japana. U početku, ova meduza ima 9 glavnih pipaka, koji se počinju granati i povećavati (kao i cijelo tijelo) tokom razvoja do odrasle osobe. Ova funkcija vam omogućava da detaljno proučite sve mehanizme koji su uključeni u ovaj proces.
Pored toga Cladonema pacificum studija je takođe razmatrala i druge vrste meduza: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.
Rezultati studije
Da bi razumjeli prostorni obrazac proliferacije ćelija u Cladonema medusa, naučnici su koristili 5-etinil-2'-deoksiuridin (EdU) bojenje, koje označava ćelije u S-faza* ili ćelije koje su ga već prošle.
S-faza* faza ćelijskog ciklusa u kojoj se javlja replikacija DNK.
S obzirom na to Cladonema dramatično se povećava u veličini i pokazuje grananje pipaka tokom razvoja (1A-1C), distribucija proliferirajućih ćelija može se promijeniti tokom sazrijevanja.
Slika #1: Karakteristike proliferacije ćelija u mladoj Cladonemi.
Zahvaljujući ovoj osobini, bilo je moguće proučavati mehanizam proliferacije ćelija i kod mladih (1. dan) i kod zrelih (45. dan) meduza.
Kod mladih meduza, EdU-pozitivne ćelije pronađene su u velikom broju u cijelom tijelu, uključujući kišobran, manubrium (noseći organ usta kod meduze) i pipke, bez obzira na vrijeme izlaganja EdU (1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 µM (mikromolarno) nakon 24 sata).
U manubrijumu je pronađeno dosta ćelija pozitivnih na EdU (1F и 1G), ali u kišobranu je njihova distribucija bila vrlo ujednačena, posebno u vanjskoj ljusci kišobrana (exumbrella, 1H-1K). U pipcima, EdU-pozitivne ćelije bile su visoko grupisane (1N). Upotreba mitotičkog markera (PH3 antitijela) omogućila je da se potvrdi da su EdU-pozitivne ćelije ćelije koje se razmnožavaju. PH3-pozitivne ćelije pronađene su i u kišobranu i u lukovici pipaka (1L и 1P).
U pipcima, mitotičke ćelije su uglavnom pronađene u ektodermu (1P), dok su se u kišobranu proliferirajuće ćelije nalazile u površinskom sloju (1M).
Slika #2: Karakteristike proliferacije ćelija kod spolno zrele kladoneme.
Kao i kod maloljetnika, tako i kod zrelih jedinki, EdU-pozitivne ćelije su pronađene u velikom broju po cijelom tijelu. U kišobranu su se EdU-pozitivne ćelije češće nalazile u površinskom nego u donjem sloju, što je slično zapažanjima kod juvenila (2A-2D).
Ali u pipcima situacija je bila nešto drugačija. EdU-pozitivne ćelije grupisane su na dnu ticala (lukovice), gde su dva klastera pronađena sa obe strane lukovice (2E и 2F). Kod mladih jedinki također su uočeni slični klasteri (1N), tj. lukovice pipaka mogu biti glavna zona proliferacije kroz medusoidnu fazu. Zanimljivo je da je u manubriju odraslih osoba broj EdU-pozitivnih ćelija bio značajno veći nego kod mladih (2G и 2H).
Srednji rezultat je da se proliferacija stanica može odvijati jednoliko u kišobranu meduze, a u pipcima je ovaj proces vrlo lokaliziran. Stoga se može pretpostaviti da ujednačena proliferacija ćelija može kontrolirati rast tijela i homeostazu tkiva, dok su klasteri proliferirajućih stanica u blizini lukovica pipaka uključeni u morfogenezu pipaka.
U smislu razvoja tijela kao takvog, proliferacija igra važnu ulogu u rastu tijela.
Slika #3: Važnost proliferacije u rastu tijela meduze.
Kako bi to testirali u praksi, naučnici su pratili rast tijela meduza, počevši od mladih jedinki. Veličinu tijela meduze najlakše je odrediti po kupoli, jer raste ravnomjerno i u direktnoj proporciji s cijelim tijelom.
Pri normalnom hranjenju u laboratorijskim uslovima, veličina kupole se naglo povećava za 54.8% tokom prva 24 sata, sa 0.62 ± 0.02 mm2 na 0.96 ± 0.02 mm2. Tokom narednih 5 dana posmatranja, veličina se polako i glatko povećavala do 0.98 ± 0.03 mm2 (3A-3S).
Meduze iz druge grupe, koje su bile uskraćene za hranu, nisu rasle, već su se smanjivale (crvena linija na grafikonu 3S). Ćelijska analiza izgladnjelih meduza pokazala je prisustvo izuzetno malog broja EdU ćelija: 1240.6 ± 214.3 kod meduza iz kontrolne grupe i 433.6 ± 133 kod izgladnjelih (3D-3H). Ovo zapažanje može biti direktan dokaz da ishrana direktno utiče na proces proliferacije.
Da bi testirali ovu hipotezu, naučnici su sproveli farmakološku analizu tokom koje su blokirali napredovanje ćelijskog ciklusa koristeći hidroksikarbamid (CH4N2O2), inhibitor ćelijskog ciklusa koji izaziva zaustavljanje G1. Kao rezultat ove intervencije, ćelije S-faze koje su prethodno otkrivene pomoću EdU nestale (3I-3L). Dakle, meduze izložene CH4N2O2 nisu pokazale tjelesni rast, za razliku od kontrolne grupe (3M).
Sljedeća faza istraživanja bila je detaljno proučavanje granastih pipaka meduza kako bi se potvrdila pretpostavka da lokalna proliferacija stanica u pipcima doprinosi njihovoj morfogenezi.
Slika #4: Utjecaj lokalne proliferacije na rast i grananje pipaka meduze.
Pipci mlade meduze imaju jednu granu, ali s vremenom se njihov broj povećava. U laboratorijskim uslovima, grananje se povećalo 3 puta devetog dana posmatranja (4A и 4S).
Opet, pri korištenju CH4N2O2 grananje pipaka nije uočeno, a postojala je samo jedna grana (4B и 4C). Zanimljivo je da je uklanjanje CH4N2O2 iz tijela meduze obnovilo proces grananja pipaka, što ukazuje na reverzibilnost intervencije lijeka. Ova zapažanja jasno ukazuju na važnost proliferacije za razvoj pipaka.
Cnidaria ne bi bila cnidaria bez nematocita (cnidocytes, tj. cnidarian). Kod vrste meduza Clytia hemisphaerica, matične ćelije u lukovicama pipaka dovode nematociste do vrhova pipaka upravo proliferacijom ćelija. Naravno, naučnici su odlučili da testiraju ovu izjavu.
Da bi se otkrila bilo kakva povezanost između nematocista i proliferacije, korištena je nuklearna mrlja koja može označiti poli-γ-glutamat sintetiziran u zidu nematociste (DAPI, tj. 4',6-diamidino-2-phenylindole).
Bojenje poli-γ-glutamatom omogućilo je procjenu veličine nematocita, koja varira od 2 do 110 μm2 (4D-4G). Detektovano je i nekoliko praznih nematocista, tj. takvi nematociti su iscrpljeni (4D-4G).
Proliferacijska aktivnost u pipcima meduze testirana je ispitivanjem šupljina u nematocitima nakon blokiranja ćelijskog ciklusa sa CH4N2O2. Udio praznih nematocita kod meduza nakon medicinske intervencije bio je veći nego u kontrolnoj grupi: 11.4% ± 2.0% kod meduza iz kontrolne grupe i 19.7% ± 2.0% kod meduza sa CH4N2O2 (4D-4G и 4H). Stoga, čak i nakon iscrpljivanja, nematociti nastavljaju biti aktivno opskrbljeni stanicama prekursorima proliferacije, što potvrđuje utjecaj ovog procesa ne samo na razvoj pipaka, već i na nematogenezu u njima.
Najzanimljivija faza bila je proučavanje regenerativnih sposobnosti meduza. S obzirom na visoku koncentraciju proliferativnih ćelija u lukovici pipaka kod zrelih meduza Cladonema, naučnici su odlučili da proučavaju regeneraciju pipaka.
Slika #5: Utjecaj proliferacije na regeneraciju pipaka.
Nakon seciranja pipaka u bazi, uočen je proces regeneracije (5A-5D). Tokom prva 24 sata došlo je do zarastanja u predjelu reza (5B). Drugog dana posmatranja vrh se počeo produžavati i pojavilo se grananje (5S). Petog dana, pipak je bio potpuno razgranat (5D), stoga, regeneracija pipaka može pratiti normalnu morfogenezu ticala nakon elongacije.
Kako bi bolje razumjeli početnu fazu regeneracije, naučnici su analizirali distribuciju proliferirajućih ćelija koristeći PH3 bojenje za vizualizaciju mitotičkih ćelija.
Dok su ćelije koje se dijele često opažene u blizini amputiranog područja, mitotičke ćelije su raspršene u kontrolnim sijalicama s nerezanim pipcima (5E и 5F).
Kvantifikacija PH3-pozitivnih ćelija prisutnih u lukovicama ticala otkrila je značajno povećanje PH3-pozitivnih ćelija u lukovicama pipaka kod osoba sa amputacijom u poređenju sa kontrolama (5G). Kao zaključak, početni regenerativni procesi su praćeni aktivnim povećanjem proliferacije ćelija u lukovicama pipaka.
Uticaj proliferacije na regeneraciju potvrđen je blokiranjem ćelija sa CH4N2O2 nakon odsecanja pipaka. U kontrolnoj grupi produženje pipaka nakon njegove amputacije odvijalo se normalno, kako se i očekivalo. Međutim, u grupi koja je primala CH4N2O2 nije došlo do produženja uprkos normalnom zarastanju rana (5H). Drugim riječima, ionako će doći do izlječenja, ali je proliferacija neophodna za pravilnu regeneraciju pipaka.
Konačno, naučnici su odlučili da proučavaju proliferaciju kod drugih vrsta meduza, naime u Cytaeis и Rathkea.
Slika #6: Poređenje proliferacije kod meduza Cytaeis (lijevo) i Rathkea (desno).
У Cytaeis medusa EdU-pozitivne ćelije uočene su u manubrijumu, lukovicama pipaka i u gornjem delu kišobrana (6A и 6B). Lokacija identifikovanih PH3-pozitivnih ćelija u Cytaeis veoma sličan Cladonema, međutim, postoje neke razlike (6C и 6D). Ali u Rathkea EdU-pozitivne i PH3-pozitivne ćelije pronađene su skoro isključivo u predelu lukovica manubrijuma i ticala (6E-6H).
Također je zanimljivo da su u bubrezima meduza često otkrivene proliferirajuće ćelije Rathkea (6E-6G), što odražava aseksualnu reprodukciju ove vrste.
S obzirom na dobijene informacije, može se pretpostaviti da se proliferacija ćelija javlja u lukovicama ticala ne samo kod jedne vrste meduza, iako postoje i razlike zbog razlike u fiziologiji i morfologiji.
Za detaljnije upoznavanje sa nijansama studije, preporučujem da pogledate .
Epilog
Jedan od mojih omiljenih književnih likova je Herkul Poaro. Pronicljivi detektiv uvijek je obraćao posebnu pažnju na male detalje koji su se drugima činili nevažnim. Naučnici su dosta nalik detektivima koji prikupljaju sve dokaze koje mogu pronaći kako bi odgovorili na sva pitanja istrage i otkrili "krivca".
Koliko god to zvučalo očigledno, ali regeneracija stanica meduze direktno je povezana s proliferacijom - integralnim procesom u razvoju stanica, tkiva i, kao rezultat, cijelog organizma. Pažljivije proučavanje ovog sveobuhvatnog procesa omogućit će bolje razumijevanje molekularnih mehanizama koji su u njegovoj osnovi, što će zauzvrat proširiti ne samo opseg našeg znanja, već će i direktno utjecati na naše živote.
petak van vrha:
Pohod meduze Aurelije, uznemiren predatorom neobičnog naziva "meduza od pečenih jaja", tj. kajgana meduza (Planeta Zemlja, glas preko - David Attenborough).
Ne odnosi se na meduze, ali ovo dubokomorsko stvorenje (velika usta u obliku pelikana) nije tako često moguće fotografirati (reakcija istraživača je jednostavno dirljiva).
Hvala na gledanju, budite radoznali i ugodan vikend svima! 🙂
Hvala vam što ste ostali s nama. Da li vam se sviđaju naši članci? Želite li vidjeti još zanimljivih sadržaja? Podržite nas naručivanjem ili preporukom prijateljima, 30% popusta za korisnike Habra na jedinstveni analog početnih servera, koji smo mi osmislili za vas: (dostupno sa RAID1 i RAID10, do 24 jezgra i do 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 puta jeftiniji? Samo ovdje u Holandiji! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - od 99 USD! Pročitajte o
izvor: www.habr.com