Wat hawwe Wolverine, Deadpool en Jellyfish mienskiplik? Allegear hawwe se in geweldige funksje - regeneraasje. Fansels, yn strips en films, dit fermogen, mienskiplik ûnder in ekstreem beheind oantal echte libbene organismen, is in bytsje (en soms sterk) oerdreaun, mar it bliuwt hiel echt. En wat echt is kin ferklearre wurde, dat is wat wittenskippers fan 'e Tohoku University (Japan) besletten hawwe te dwaan yn har nije stúdzje. Hokker sellulêre prosessen yn it lichem fan in kwallen binne assosjearre mei regeneraasje, hoe giet dit proses troch, en hokker oare supermacht hawwe dizze jelly-like skepsels? It rapport fan de ûndersyksgroep sil ús dêroer fertelle. Gean.
Undersyk basis
Alderearst ferklearje wittenskippers wêrom't se besletten har oandacht te rjochtsjen op kwallen. It feit is dat it measte ûndersyk op it mêd fan biology wurdt útfierd mei de partisipaasje fan saneamde model organismen: mûzen, fruit miggen, wjirms, fisk, ensfh. Mar ús planeet is thús foar miljoenen soarten, elk fan dat hat ien of oare unike kapasiteiten. Dêrtroch is it ûnmooglik om it proses fan sellulêre regeneraasje folslein te evaluearjen troch mar ien soarte te studearjen, en oannimme dat it studearre meganisme mienskiplik sil wêze foar alle skepsels op ierde.
As foar kwallen, dizze skepsels, troch har uterlik, sprekke fan harren eigenheid, dat kin net mar lûke de oandacht fan wittenskippers. Dêrom, foardat ik begon mei de disseksje fan it ûndersyk sels, moete ik har haadpersoan.
It wurd "kwallen", dat wy wend binne om it skepsel as sadanich te neamen, ferwiist eins allinich nei it poadium fan 'e libbenssyklus fan' e cnidarian subtype medusozoa. Cnidarians krigen sa'n ûngewoane namme troch de oanwêzigens fan stikkende sellen (cnidocytes) yn har lichems, dy't brûkt wurde foar jacht en selsferdigening. Simpelwei, as jo wurde stutsen troch in kwallen, kinne jo dizze sellen betankje foar de pine en it lijen.
Cnidocytes befetsje cnidocysts, in intracellular organelle ferantwurdlik foar de "stinging" effekt. Neffens har uterlik en dus de metoade fan tapassing, wurde ferskate soarten cnidozyten ûnderskieden, wêrûnder:
- penetrants - triedden mei spitse úteinen dy't pierce it lichem fan it slachtoffer of oertreder as spearen, ynjeksje fan in neurotoxine;
- glutinants - kleverige en lange triedden dy't envelop it slachtoffer (net de meast noflike knuffel);
- volvents binne koarte triedden dêr't it slachtoffer maklik yn ferwûne rekke kin.
Sokke net-standert wapens wurde ferklearre troch it feit dat kwallen, hoewol sierlik, net bysûnder flinke skepsels binne. It neurotoxine dat it lichem fan 'e proai ynkomt, ferlamme it fuortendaliks, wat de kwallen in protte tiid jout foar in lunchpauze.
Jellyfish nei in suksesfolle jacht.
Neist harren ûngewoane metoade fan jacht en ferdigening, kwallen hawwe hiel ûngewoane fuortplanting. Mantsjes produsearje sperma, en wyfkes produsearje aaien, nei de fúzje wêrfan planulae (larven) wurde foarme, dy't har oan 'e boaiem sette. Nei in skoftke groeit in polyp út 'e larve, dêr't, nei it berikken fan folwoeksenheid, jonge kwallen letterlik ôfbrekke (yn feite komt budding). Sa binne d'r ferskate stadia fan 'e libbenssyklus, wêrfan ien de kwallen of medusoïde generaasje is.
Hairy cyanea, ek wol bekend as liuwmane.
As de hierige cyanea waard frege hoe't jo de effektiviteit fan 'e jacht ferheegje kinne, soe it antwurdzje - mear tentakels. D'r binne yn totaal sawat 60 fan har (klusters fan 15 tentakels op elke hoeke fan 'e koepel). Derneist wurdt dit soarte kwallen beskôge as de grutste, om't de diameter fan 'e koepel 2 meter kin berikke, en de tentakels kinne oant 20 meter útwreidzje by de jacht. Gelokkich is dizze soarte net bysûnder "giftig" en dus net fataal foar minsken.
De seewesp soe op syn beurt kwaliteit tafoegje oan kwantiteit. Dit soarte kwallen hat ek 15 tentakels (3 m lang) op elk fan 'e fjouwer hoeken fan 'e koepel, mar har gif is in protte kearen sterker as dat fan syn grutte sibben. It wurdt leaud dat de seewesp genôch neurotoxine hat om 60 minsken yn 3 minuten te deadzjen. Dizze tongerbui fan 'e see libbet yn' e kustsône fan noardlik Austraalje en Nij-Seelân. Neffens gegevens fan 1884 oant 1996 stoaren 63 minsken yn Austraalje, mar dizze gegevens kinne miskien net krekt wêze, en kin it tal deadlike moetings tusken minsken en seewesps folle heger wêze. Lykwols, neffens gegevens foar 1991-2004, ûnder 225 gefallen waarden mar 8% fan 'e slachtoffers sikehûs opnommen, ynklusyf ien dea (in trije jier âld bern).
Wetter wasp
Litte wy no weromgean nei de stúdzje wêr't wy hjoed nei sjogge.
Fanút it eachpunt fan sellen is it wichtichste proses yn it hiele libben fan elk organisme selproliferaasje - it proses fan groei fan lichemsweefsel troch selreproduksje troch divyzje. Tidens de groei fan it lichem regelet dit proses de tanimming fan lichemsgrutte. En as it lichem folslein foarme is, regelje de proliferearjende sellen de fysiologyske útwikseling fan sellen en it ferfangen fan skansearre troch nije.
Cnidarians, as in sustergroep fan bilaterianen en iere metazoanen, binne in protte jierren brûkt om evolúsjonêre prosessen te studearjen. Dêrom binne cnidarians gjin útsûndering yn termen fan proliferaasje. Bygelyks, tidens de embryonale ûntwikkeling fan 'e seeanemoon Nematostella vectensis selproliferaasje wurdt koördinearre mei epitheliale organisaasje en is belutsen by tentakelûntwikkeling.
Nematostella vectensis
Under oare cnidarians, lykas wy al witte, binne bekend om har regenerative kapasiteiten. Hydra polyps (in skaai fan swietwetter sessile coelenterates út de hydroid klasse) wurde beskôge as de populêrste ûnder ûndersikers foar hûnderten jierren. Proliferaasje, aktivearre troch stjerrende sellen, triggert it proses fan regeneraasje fan 'e basale kop fan' e hydra. De namme fan dit skepsel ferwiist nei in mytysk skepsel dat bekend is om syn regeneraasje - de Lernaean Hydra, dy't Hercules koe ferslaan.
Hoewol regenerative kapasiteiten binne keppele oan proliferaasje, bliuwt it ûndúdlik krekt hoe't dit sellulêre proses ûnder normale omstannichheden yn ferskate stadia fan organismeûntwikkeling plakfynt.
Jellyfish, dy't in komplekse libbenssyklus hawwe dy't bestiet út twa stadia fan fuortplanting (vegetatyf en seksueel), tsjinje as in poerbêst model foar it studearjen fan proliferaasje.
Yn dit wurk waard de rol fan 'e wichtichste studearre yndividu spile troch de kwallen fan' e soarte Cladonema pacificum. Dizze soarte libbet foar de kust fan Japan. Yn earste ynstânsje hat dizze kwallen 9 wichtichste tentakels, dy't begjinne te tûken en tanimme yn grutte (lykas it hiele lichem) tidens ûntwikkeling ta in folwoeksene. Dizze funksje lit ús yn detail studearje alle meganismen dy't belutsen binne by dit proses.
Dêrnjonken Cladonema pacificum De stúdzje seach ek nei oare soarten kwallen: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.
Undersyksresultaten
Om it romtlike patroan fan selproliferaasje yn Cladonema medusa te begripen, brûkten de wittenskippers 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU) kleuring, dy't sellen labelt yn S-fase* of sellen dy't it al trochjûn hawwe.
S-fase* - de faze fan 'e selsyklus wêryn DNA-replikaasje plakfynt.
Sjoen dat Cladonema nimt dramatysk ta yn grutte en fertoant tentakelfertakking by ûntwikkeling (1A-1C), kin de ferdieling fan proliferearjende sellen yn 'e rin fan' e maturaasje feroarje.
Ofbylding nûmer 1: skaaimerken fan selproliferaasje yn jonge Cladonema.
Troch dizze funksje wie it mooglik om it meganisme fan selproliferaasje te studearjen yn sawol jonge (dei 1) as seksueel folwoeksen (dei 45) kwallen.
Yn juvenile kwallen waarden EdU-positive sellen yn hege oantallen troch it lichem fûn, ynklusyf de umbel, manubrium (it stypjende oargel fan 'e mûnlinge holte by kwallen), en tentakels, nettsjinsteande de tiid fan EdU-eksposysje (1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 µM (mikromolêr) nei 24 oeren).
Hiel wat EdU-positive sellen waarden fûn yn it manubrium (1F и 1G), mar yn 'e paraplu wie har ferdieling tige unifoarm, benammen yn' e bûtenkant fan 'e paraplu (exumbrella, 1H-1K). Yn 'e tentakels wiene EdU-positive sellen tige klustere (1N). It gebrûk fan in mitotyske marker (PH3 antykodym) makke it mooglik om te ferifiearjen dat EdU-positive sellen proliferearjende sellen binne. PH3-positive sellen waarden fûn yn sawol de paraplu as de tentakel bulb (1L и 1P).
Yn de tentakels waarden mitotyske sellen benammen fûn yn it ektoderm (1P), wylst yn 'e paraplu de proliferearjende sellen sieten yn' e oerflaklaach (1M).
Ofbylding nûmer 2: skaaimerken fan selproliferaasje yn folwoeksen Cladonema.
Yn sawol jonge as folwoeksen yndividuen waarden EdU-positive sellen fûn yn grutte oantallen troch it lichem. Yn 'e umbel waarden EdU-positive sellen faker fûn yn' e oerflakkige laach as yn 'e ûnderste laach, wat te fergelykjen is mei waarnimmings yn jongerein (2A-2D).
Mar yn de tentakels wie de situaasje wat oars. EdU-positive sellen accumulearre oan 'e basis fan' e tentakel (bulb), wêr't twa klusters fûn waarden oan beide kanten fan 'e bulb (2E и 2F). By jonge yndividuen waarden ek ferlykbere accumulaasjes waarnommen (1N), d.w.s. de tentakelbollen kinne it haadgebiet fan proliferaasje wêze yn 'e medusoïde poadium. It is nijsgjirrich dat yn it manubrium fan folwoeksen yndividuen it oantal EdU-positive sellen signifikant grutter wie as yn juveniles (2G и 2H).
It tuskenresultaat is dat selproliferaasje unifoarm yn 'e paraplu fan in kwallen foarkomme kin, mar yn 'e tentakels is dit proses tige lokalisearre. Dêrom kin oannommen wurde dat unifoarme selproliferaasje lichemsgroei en weefselhomeostase kontrolearje kin, mar klusters fan proliferearjende sellen by de tentakelbollen binne belutsen by tentakelmorfogenese.
Yn termen fan lichemsûntwikkeling sels spilet proliferaasje in wichtige rol yn lichemsgroei.
Ofbylding #3: It belang fan proliferaasje yn it proses fan lichemsgroei fan in kwallen.
Om dit yn 'e praktyk te testen, kontroleare wittenskippers de lichemsgroei fan kwallen, te begjinnen mei jonge yndividuen. It is it maklikst om de grutte fan it lichem fan in kwallen te bepalen troch syn koepel, om't it evenredich groeit en yn direkte ferhâlding ta it heule lichem.
By normale fieding yn laboratoariumomstannichheden nimt de koepelgrutte yn 'e earste 54.8 oeren skerp ta mei 24% - fan 0.62 ± 0.02 mm2 oant 0.96 ± 0.02 mm2. Yn 'e folgjende 5 dagen fan observaasjes naam de grutte stadichoan en soepel ta ta 0.98 ± 0.03 mm2 (3A-3C).
Jellyfish út in oare groep, dy't ûntholden fan iten, groeide net, mar krompen (reade line op 'e grafyk 3C). Sellulêre analyze fan úthongerjende kwallen liet de oanwêzigens fan in ekstreem lyts oantal EdU-sellen sjen: 1240.6 ± 214.3 yn kwallen út 'e kontrôtgroep en 433.6 ± 133 yn úthongere (3D-3H). Dizze observaasje kin direkte bewiis wêze dat fieding direkte ynfloed hat op it proliferaasjeproses.
Om dizze hypoteze te testen, hawwe de wittenskippers in farmakologyske assay útfierd wêryn se de progressie fan 'e selsyklus blokkeare mei hydroxyurea (CH4N2O2), in selsyklus-ynhibitor dy't G1-arrest feroarsaket. As gefolch fan dizze yntervinsje ferdwûnen de S-fase-sellen dy't earder ûntdutsen mei EdU (3I-3L). Sa, kwallen dy't waarden bleatsteld oan CH4N2O2 lieten gjin lichemsgroei sjen, yn tsjinstelling ta de kontrôtgroep (3M).
De folgjende poadium fan 'e stúdzje wie in detaillearre stúdzje fan' e branching tentakels fan kwallen om de oanname te befestigjen dat lokale proliferaasje fan sellen yn 'e tentakels bydraacht oan har morfogenese.
Ofbylding nûmer 4: it effekt fan pleatslike proliferaasje op 'e groei en fertakking fan kwallen tentakels.
De tentakels fan in jonge kwallen hawwe ien tûke, mar mei de tiid nimt har oantal ta. Yn laboratoariumbetingsten ferhege fertakking 3 kear op 'e njoggende dei fan observaasje (4A и 4C).
Nochris, doe't CH4N2O2 waard brûkt, waard gjin fertakking fan 'e tentakels waarnommen, mar mar ien tûke (4B и 4C). It is nijsgjirrich dat it fuortheljen fan CH4N2O2 út it lichem fan kwallen restaurearre it proses fan tûken fan tentakels, wat oanjout de reversibiliteit fan de drug yntervinsje. Dizze observaasjes jouwe dúdlik it belang oan fan proliferaasje foar tentakelûntwikkeling.
Cnidarians soene gjin cnidarians wêze sûnder nematozyten (cnidocytes, dat wol sizze, cnidarians). By de kwallen-soarte Clytia hemisphaerica leverje stamsellen yn de tentakelbollen krekt troch selproliferaasje nematozysten oan de úteinen fan de tentakels. Fansels besleaten wittenskippers dizze ferklearring ek te testen.
Om elke ferbining tusken nematocysts en proliferaasje te detektearjen, waard in nukleêre kleuringsferve brûkt dy't poly-γ-glutamate kin markearje yn 'e nematocystmuorre (DAPI, i.e. 4',6-diamidino-2-phenylindole).
Poly-γ-glutamate kleuring liet ús de grutte fan nematozyten skatte, fariearjend fan 2 oant 110 μm2 (4D-4G). In oantal lege nematozysten waarden ek identifisearre, dat wol sizze, sokke nematozyten wiene útput (4D-4G).
Proliferaasjeaktiviteit yn kwallen-tentakels waard hifke troch it studearjen fan leechte yn nematozyten nei blokkearjen fan selsyklus mei CH4N2O2. It oanpart fan lege nematocytes yn kwallen nei medisyn yntervinsje wie heger as yn de kontrôtgroep: 11.4% ± 2.0% yn kwallen út de kontrôtgroep en 19.7% ± 2.0% yn kwallen mei CH4N2O2 (4D-4G и 4H). Dêrtroch, sels nei útputting, nematocytes bliuwe aktyf foarsjoen fan proliferaasje progenitor sellen, dy't befêstiget de ynfloed fan dit proses net allinnich op 'e ûntwikkeling fan tentakels, mar ek op nematogenesis yn harren.
De meast nijsgjirrige poadium wie de stúdzje fan 'e regenerative kapasiteiten fan kwallen. Sjoen de hege konsintraasje fan proliferative sellen yn 'e tentakelbol fan folwoeksen kwallen Cladonema, Wittenskippers besleaten om de regeneraasje fan tentakels te studearjen.
Ofbylding nûmer 5: it effekt fan proliferaasje op tentakelregeneraasje.
Nei disseksje fan 'e tentakels oan' e basis waard in regeneraasjeproses waarnommen (5A-5D). Yn 'e earste 24 oeren barde genêzing yn' e incisiongebiet (5B). Op 'e twadde dei fan observaasje begon de tip te ferlingjen en ferskynden tûken (5C). Op de fyfde dei wie de tentakel folslein fertakke (5D), dêrom kin tentakelregeneraasje normale tentakelmorfogenese folgje nei ferlinging.
Om de earste faze fan regeneraasje better te studearjen, analysearren de wittenskippers de ferdieling fan proliferearjende sellen mei PH3-kleuring om mitotyske sellen te visualisearjen.
Wylst dielende sellen faak waarden waarnommen yn 'e buert fan it amputearre gebiet, waarden mitotyske sellen ferspraat yn uncut kontrôle tentakelbollen (5E и 5F).
Kwantifikaasje fan PH3-positive sellen oanwêzich yn 'e tentakelbollen iepenbiere in signifikante ferheging fan PH3-positive sellen yn' e tentakelbollen fan amputees yn ferliking mei kontrôles (5G). As konklúzje wurde de earste regenerative prosessen begelaat troch in aktive ferheging fan selproliferaasje yn 'e tentakelbollen.
It effekt fan proliferaasje op regeneraasje waard hifke troch sellen te blokkearjen mei CH4N2O2 nei it ôfsnijen fan de tentakel. Yn 'e kontrôtgroep barde tentakelferlinging nei amputaasje normaal, lykas ferwachte. Mar yn 'e groep wêrop CH4N2O2 waard tapast, kaam elongaasje net foar, nettsjinsteande normale wûne genêzing (5H). Mei oare wurden, genêzing sil foarkomme yn alle gefallen, mar proliferaasje is nedich foar in goede tentakel regeneraasje.
Uteinlik besleaten wittenskippers de proliferaasje te studearjen yn oare soarten kwallen, nammentlik Cytaeis и Rathkea.
Ofbylding #6: Fergeliking fan proliferaasje yn Cytaeis (links) en Rathkea (rjochts) kwallen.
У Cytaeis medusa EdU-positive sellen waarden waarnommen yn it manubrium, tentakelbollen en it boppeste diel fan 'e paraplu (6A и 6B). Lokaasje fan identifisearre PH3-positive sellen yn Cytaeis hiel ferlykber mei Cladonemad'r binne lykwols wat ferskillen (6C и 6D). Mar by Rathkea EdU-positive en PH3-positive sellen waarden hast allinich fûn yn 'e regio fan' e manubrium en tentakelbollen (6E-6H).
It is ek nijsgjirrich dat proliferearjende sellen faak ûntdutsen waarden yn 'e nieren fan kwallen Rathkea (6E-6G), wat de aseksuele soarte fan fuortplanting fan dizze soarte reflektearret.
Mei it rekkenjen fan de krigen ynformaasje kin oannommen wurde dat selproliferaasje yn de tentakelbollen net allinnich yn ien soart kwallen foarkomt, al binne der ferskillen troch ferskillen yn fysiology en morfology.
Foar in mear detaillearre kunde mei de nuânses fan 'e stúdzje, advisearje ik om te sjen .
Epilogue
Ien fan myn favorite literêre personaazjes is Hercule Poirot. De skerpsinnige detektive joech altyd spesjaal omtinken foar lytse details dy't oaren tochten ûnbelangryk wiene. Wittenskippers binne in protte op detectives, en sammelje al it bewiis dat se kinne fine om alle fragen fan it ûndersyk te beantwurdzjen en de "skuldige" út te finen.
Hoe fanselssprekkend it ek klinkt, de regeneraasje fan kwallen-sellen is direkt relatearre oan proliferaasje - in yntegraal proses yn 'e ûntwikkeling fan sellen, weefsels en, as gefolch, it hiele organisme. In mear yngeande stúdzje fan dit wiidweidige proses sil tastean ús om better begripe de molekulêre meganismen ûnderlizzende it, dat sil, op syn beurt, útwreidzje net allinnich it berik fan ús kennis, mar ek direkt beynfloedzje ús libben.
Freed off-top:
Marsje fan kwallen fan 'e Aurelia-soarte, fersteurd troch in rôfdier mei de ûngewoane namme "fried egg kwallen", d.w.s. fried egg kwallen (Planet Earth, voiceover - David Attenborough).
It is gjin kwallen, mar dit djipseeske skepsel (de pelikaan-like grutte mûle) wurdt net faak fotografearre (de reaksje fan ûndersikers is gewoan oandwaanlik).
Tank foar it sjen, bliuw nijsgjirrich en in geweldich wykein allegear! 🙂
Tankewol foar it bliuwen by ús. Hâld jo fan ús artikels? Wolle jo mear ynteressante ynhâld sjen? Stypje ús troch in bestelling te pleatsen of oan te befeljen oan freonen, 30% koarting foar Habr-brûkers op in unike analoog fan servers op yngongsnivo, dy't troch ús foar jo útfûn is: (beskikber mei RAID1 en RAID10, oant 24 kearnen en oant 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kear goedkeaper? Allinne hjir yn Nederlân! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - fan $99! Lêze oer
Boarne: www.habr.com