Mi a közös a Wolverine-ban, a Deadpool-ban és a Medúzában? Mindegyiknek van egy csodálatos tulajdonsága - a regeneráció. Természetesen a képregényekben és a filmekben ez a képesség, amely rendkívül korlátozott számú valódi élő szervezetben gyakori, kissé (és néha erősen) eltúlzott, de nagyon is valóságos. És ami valóságos, azt meg lehet magyarázni, ami mellett döntöttek a Tohoku Egyetem (Japán) tudósai új tanulmányukban. Milyen sejtfolyamatok kapcsolódnak a medúza testében a regenerációhoz, hogyan zajlik ez a folyamat, és milyen szuperképességekkel rendelkeznek még ezek a kocsonyaszerű lények? Erről a kutatócsoport beszámolója fog mesélni. Megy.
Kutatási alap
A tudósok először is elmagyarázzák, miért döntöttek úgy, hogy figyelmüket a medúzára összpontosítják. A tény az, hogy a biológia területén a legtöbb kutatást úgynevezett modellszervezetek részvételével végzik: egerek, gyümölcslegyek, férgek, halak stb. Bolygónk azonban több millió fajnak ad otthont, amelyek mindegyike rendelkezik egy vagy másik egyedi képességgel. Következésképpen lehetetlen teljes mértékben értékelni a sejtregeneráció folyamatát egyetlen faj tanulmányozásával, és feltételezni, hogy a vizsgált mechanizmus a Föld összes élőlényénél közös lesz.
Ami a medúzát illeti, ezek a lények megjelenésüknél fogva egyediségükről beszélnek, amely csak felkelti a tudósok figyelmét. Ezért, mielőtt magának a kutatásnak a boncolgatását elkezdtem volna, megismerkedtem annak főszereplőjével.
A „medúza” szó, amelyet a lényt mint olyant szoktuk nevezni, valójában csak a cnidarian altípus életciklusának szakaszára utal. medusozoa. A cnidarianok azért kaptak ilyen szokatlan nevet, mert testükben csípős sejtek (cnidociták) vannak, amelyeket vadászatra és önvédelemre használnak. Egyszerűen fogalmazva, ha megcsíp egy medúza, akkor ezeknek a sejteknek köszönheti a fájdalmat és a szenvedést.
A cnidociták cnidocisztákat tartalmaznak, amelyek a „csípő” hatásért felelős intracelluláris organellum. Megjelenésük és ennek megfelelően az alkalmazás módja szerint a cnidociták többféle típusát különböztetjük meg, amelyek közül a következők:
- penetránsok - hegyes végű szálak, amelyek lándzsaszerűen átszúrják az áldozat vagy az elkövető testét, és neurotoxint fecskendeznek be;
- glutinants - ragadós és hosszú szálak, amelyek beborítják az áldozatot (nem a legkellemesebb ölelés);
- A volventok rövid szálak, amelyekbe az áldozat könnyen belegabalyodhat.
Az ilyen nem szabványos fegyvereket az magyarázza, hogy a medúzák, bár kecsesek, nem különösebben fürge lények. A zsákmány testébe kerülő idegméreg azonnal megbénítja azt, így a medúzának sok ideje marad az ebédszünetre.
Medúza sikeres vadászat után.
A szokatlan vadászati és védekezési módszerük mellett a medúzák nagyon szokatlan szaporodással rendelkeznek. A hímek spermiumokat, a nőstények petéket termelnek, amelyek összeolvadása után planulák (lárvák) képződnek, amelyek az alján telepednek meg. Egy idő után a lárvából polip nő, amelyből az érettség elérésekor a fiatal medúza szó szerint letörik (sőt, bimbózás történik). Így az életciklusnak több szakasza van, amelyek közül az egyik a medúza vagy meduzoid generáció.
Szőrös cianea, más néven oroszlánsörény.
Ha a szőrös cianeát megkérdezik, hogyan lehet növelni a vadászat hatékonyságát, azt válaszolná - több csáp. Összesen körülbelül 60 van belőlük (15 csápból álló csoportok a kupola minden sarkában). Ráadásul ez a fajta medúza a legnagyobbnak számít, mert a kupola átmérője elérheti a 2 métert, a csápok pedig akár 20 métert is megnyúlhatnak vadászat közben. Szerencsére ez a faj nem különösebben „mérgező”, ezért nem halálos az emberre.
A tengeri darázs viszont minőséget adna a mennyiséghez. Ennek a medúzafajtának a kupola mind a négy sarkán 15 csápja (3 m hosszú) is található, de méregük sokszor erősebb, mint nagy rokonának. Úgy tartják, hogy a tengeri darázsnak elegendő neurotoxinja van ahhoz, hogy 60 perc alatt 3 embert öljön meg. Ez a tengeri zivatar Észak-Ausztrália és Új-Zéland part menti övezetében él. Az 1884-től 1996-ig terjedő adatok szerint 63 ember halt meg Ausztráliában, de ezek az adatok pontatlanok lehetnek, az ember és a tengeri darazsak között végzetes találkozások száma jóval magasabb lehet. Az 1991-2004-es adatok szerint azonban 225 eset közül csak az áldozatok 8%-a került kórházba, köztük egy haláleset (egy hároméves gyermek).
Tengeri darázs
Most pedig térjünk vissza a ma vizsgált tanulmányhoz.
A sejtek szempontjából minden szervezet teljes életében a legfontosabb folyamat a sejtburjánzás - a testszövetek növekedési folyamata a sejtosztódás útján történő szaporodáson keresztül. A test növekedése során ez a folyamat szabályozza a testméret növekedését. Amikor pedig a szervezet teljesen kiépült, a burjánzó sejtek szabályozzák a sejtek fiziológiás cseréjét és a sérültek pótlását újakkal.
A cnidárokat, mint a bilateriánusok és a korai metazoák testvércsoportját, évek óta használják evolúciós folyamatok tanulmányozására. Ezért a cnidarianok sem kivételek a szaporodás szempontjából. Például a tengeri kökörcsin embrionális fejlődése során Nematostella vectensis a sejtburjánzás összehangolt a hámszervezettel, és részt vesz a csápfejlődésben.
Nematostella vectensis
Többek között a cnidarianok, mint már tudjuk, regeneráló képességeikről ismertek. A hidrapolipokat (a hidroid osztályba tartozó édesvízi ülő koelenterátumok nemzetsége) több száz éve tartják a kutatók körében a legnépszerűbbnek. A haldokló sejtek által aktivált proliferáció beindítja a hidra bazális fejének regenerációs folyamatát. Ennek a lénynek a neve egy mitikus lényre utal, amely az újjászületéséről ismert - a Lernaean Hidrára, amelyet Herkules le tudott győzni.
Bár a regenerációs képességeket összefüggésbe hozták a proliferációval, továbbra sem világos, hogy ez a sejtfolyamat pontosan hogyan megy végbe normál körülmények között a szervezet fejlődésének különböző szakaszaiban.
A medúzák, amelyek a szaporodás két szakaszából (vegetatív és ivaros) összetett életciklussal rendelkeznek, kiváló modellként szolgálnak a szaporodás vizsgálatához.
Ebben a munkában a fő vizsgált egyed szerepét a Cladonema pacificum faj medúzája játszotta. Ez a faj Japán partjainál él. Kezdetben ennek a medúzának 9 fő csápja van, amelyek a felnőtté válás során elkezdenek elágazódni és megnőni (mint az egész test). Ez a funkció lehetővé teszi számunkra, hogy részletesen tanulmányozzuk az ebben a folyamatban részt vevő összes mechanizmust.
ráadásul Cladonema pacificum A tanulmány más típusú medúzákat is vizsgált: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.
Kutatási eredmények
A Cladonema medusa sejtburjánzás térbeli mintázatának megértéséhez a tudósok 5-etinil-2'-dezoxiuridin (EdU) festést alkalmaztak, amely megjelöli a sejteket S-fázis* vagy olyan sejteket, amelyek már túljutottak rajta.
S-fázis* - a sejtciklus azon fázisa, amelyben a DNS-replikáció megtörténik.
Tekintve, hogy Cladonema drámaian megnő a mérete, és a csápok elágazást mutatnak a fejlődés során (1A-1C), a proliferáló sejtek eloszlása az érés során megváltozhat.
1. kép: a sejtproliferáció jellemzői fiatal Cladonema-ban.
Ennek a tulajdonságnak köszönhetően lehetővé vált a sejtszaporodás mechanizmusának vizsgálata fiatal (1. nap) és ivarérett (45. nap) medúzákban egyaránt.
Fiatal medúzában az EdU-pozitív sejteket nagy számban találták az egész testben, beleértve az ernyőt, a manubriumot (a medúza szájüregének tartószerve) és a csápokat, függetlenül az EdU-expozíció időpontjától.1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 µM (mikromoláris) 24 óra elteltével).
Jó néhány EdU-pozitív sejtet találtak a manubriumban (1F и 1G), de az esernyőben nagyon egyenletes volt az eloszlásuk, különösen az esernyő külső héjában (exumbrella, 1H-1K). A csápokban az EdU-pozitív sejtek erősen csoportosultak (1N). A mitotikus marker (PH3 antitest) használata lehetővé tette annak igazolását, hogy az EdU-pozitív sejtek proliferáló sejtek. PH3-pozitív sejteket találtak mind az esernyőben, mind a csáphagymában (1L и 1P).
A csápokban a mitotikus sejtek főleg az ektodermában találhatók (1P), míg az esernyőben a burjánzó sejtek a felszíni rétegben helyezkedtek el (1M).
2. kép: A sejtproliferáció jellemzői érett Cladonema esetén.
Fiatal és érett egyedekben is nagy számban találtak EdU-pozitív sejteket az egész testben. Az ernyőben az EdU-pozitív sejteket gyakrabban találták meg a felszíni rétegben, mint az alsó rétegben, ami hasonló a fiatalkori megfigyelésekhez (2A-2D).
De a csápokban a helyzet némileg más volt. Az EdU-pozitív sejtek a csáp (bulb) tövében halmozódtak fel, ahol két klasztert találtak a bulb két oldalán (2E и 2F). Fiatal egyedeknél is hasonló felhalmozódást figyeltek meg (1N), azaz a csáphagymák lehetnek a fő proliferációs terület a medusoid szakaszban. Érdekes, hogy a felnőtt egyedek manubriumában az EdU-pozitív sejtek száma szignifikánsan több volt, mint a fiatal egyedekben (2G и 2H).
A köztes eredmény az, hogy a sejtburjánzás egy medúza esernyőjében egyenletesen megtörténhet, de a csápokban ez a folyamat nagyon lokalizált. Ezért feltételezhető, hogy az egyenletes sejtproliferáció szabályozhatja a test növekedését és a szövetek homeosztázisát, de a csáphagymák közelében lévő proliferáló sejtcsoportok részt vesznek a csápok morfogenezisében.
Magát a testfejlődést tekintve a proliferáció fontos szerepet játszik a test növekedésében.
3. kép: A proliferáció jelentősége a medúza testnövekedésének folyamatában.
Ennek gyakorlati tesztelése érdekében a tudósok figyelemmel kísérték a medúzák testnövekedését, kezdve a fiatal egyedekkel. A medúza testének méretét a kupolája alapján a legkönnyebb meghatározni, mivel egyenletesen és az egész testtel egyenes arányban nő.
Normál etetéssel laboratóriumi körülmények között a kupola mérete meredeken, 54.8%-kal nő az első 24 órában - 0.62 ± 0.02 mm2-ről 0.96 ± 0.02 mm2-re. A következő 5 megfigyelési nap során a méret lassan és egyenletesen 0.98 ± 0.03 mm2-re nőtt (3А-3S).
A tápláléktól megfosztott másik csoportból származó medúza nem nőtt, hanem zsugorodott (piros vonal a grafikonon 3S). Az éhező medúzák sejtanalízise rendkívül kis számú EdU sejt jelenlétét mutatta ki: 1240.6 ± 214.3 a kontrollcsoport medúzáiban és 433.6 ± 133 az éhezőkben (3D-3H). Ez a megfigyelés közvetlen bizonyítéka lehet arra, hogy a táplálkozás közvetlenül befolyásolja a szaporodási folyamatot.
Ennek a hipotézisnek a tesztelésére a tudósok farmakológiai vizsgálatot végeztek, amelyben a sejtciklus előrehaladását a hidroxi-karbamid (CH4N2O2) segítségével blokkolták, amely egy sejtciklus-gátló, amely G1 leállást okoz. A beavatkozás hatására a korábban EdU segítségével kimutatott S-fázisú sejtek eltűntek (3I-3L). Így a CH4N2O2 hatásának kitett medúzák nem mutattak testnövekedést, ellentétben a kontrollcsoporttal (3M).
A vizsgálat következő szakasza a medúzák elágazó csápjainak részletes vizsgálata volt, annak a feltételezésnek a megerősítése érdekében, hogy a csápokban lévő sejtszaporodás hozzájárul a morfogenezishez.
4. kép: a lokális burjánzás hatása a medúza csápok növekedésére és elágazódására.
A fiatal medúza csápjainak egy ága van, de idővel számuk növekszik. Laboratóriumi körülmények között az elágazás háromszorosára nőtt a megfigyelés kilencedik napján (4А и 4S).
Ismét, amikor CH4N2O2-t használtunk, a csápok elágazását nem figyelték meg, csak egy ágat (4B и 4C). Érdekes, hogy a CH4N2O2 eltávolítása a medúza testéből helyreállította a csápok elágazásának folyamatát, ami a gyógyszeres beavatkozás visszafordíthatóságát jelzi. Ezek a megfigyelések egyértelműen jelzik a proliferáció fontosságát a csápfejlődés szempontjából.
A cnidarianok nem lennének cnidárok nematociták (cnidocyták, azaz cnidáriumok) nélkül. A Clytia hemisphaerica medúzafajoknál a csáphagymákban található őssejtek éppen a sejtburjánzás következtében látják el a nematocisztákat a csápok hegyein. A tudósok természetesen úgy döntöttek, hogy ezt az állítást is tesztelik.
A nematociszták és a proliferáció közötti bármilyen kapcsolat kimutatására nukleáris festőfestéket használtak, amely képes megjelölni a nematocita falában szintetizált poli-γ-glutamátot (DAPI, azaz 4',6-diamidino-2-fenilindol).
A poli-γ-glutamát festés lehetővé tette a nematociták méretének becslését, 2 és 110 μm2 között.4D-4G). Számos üres nematocisztát is azonosítottak, azaz az ilyen nematociták kimerültek (4D-4G).
A medúza csápjaiban a proliferációs aktivitást a nematociták üregeinek vizsgálatával tesztelték a sejtciklus CH4N2O2-val történő blokkolása után. Az üres nematociták aránya a gyógyszeres beavatkozást követően magasabb volt, mint a kontrollcsoportban: 11.4% ± 2.0% a kontrollcsoport medúzáiban és 19.7% ± 2.0% a CH4N2O2-t tartalmazó medúzákban (4D-4G и 4H). Következésképpen, még a kimerültség után is, a nematociták továbbra is aktívan el vannak látva proliferációs progenitor sejtekkel, ami megerősíti ennek a folyamatnak a hatását nemcsak a csápok fejlődésére, hanem a nematogenezisre is.
A legérdekesebb szakasz a medúza regenerációs képességeinek tanulmányozása volt. Figyelembe véve a proliferatív sejtek magas koncentrációját az érett medúza csáphagymájában Cladonema, a tudósok úgy döntöttek, hogy tanulmányozzák a csápok regenerálódását.
5. kép: a proliferáció hatása a csápok regenerációjára.
A tövénél lévő csápok feldarabolása után regenerációs folyamatot figyeltek meg (5A-5D). Az első 24 órában gyógyulás következett be a bemetszés területén (5B). A megfigyelés második napján a csúcs elkezdett megnyúlni, és ágak jelentek meg (5S). Az ötödik napon a csáp teljesen elágazott (5D), ezért a csápok regenerációja követheti a csápok normál morfogenezisét a megnyúlás után.
A regeneráció kezdeti szakaszának jobb tanulmányozása érdekében a tudósok PH3 festéssel elemezték a proliferáló sejtek eloszlását a mitotikus sejtek megjelenítésére.
Míg osztódó sejteket gyakran figyeltek meg az amputált terület közelében, a mitotikus sejtek a nem vágott kontroll csápos hagymákban (5E и 5F).
A csáphagymákban jelenlévő PH3-pozitív sejtek számszerűsítése azt mutatta, hogy az amputált betegek csáphagymáiban szignifikánsan megnőtt a PH3-pozitív sejtek a kontrollokhoz képest.5G). Következtetésképpen a kezdeti regenerációs folyamatokat a csáphagymákban a sejtproliferáció aktív növekedése kíséri.
A proliferáció regenerációra gyakorolt hatását a sejtek CH4N2O2-vel való blokkolásával teszteltük a csáp levágása után. A kontrollcsoportban a csápok amputáció utáni megnyúlása normálisan, a vártnak megfelelően történt. De abban a csoportban, amelyre CH4N2O2-t alkalmaztak, a normál sebgyógyulás ellenére nem fordult elő megnyúlás (5H). Más szóval, a gyógyulás mindenképpen megtörténik, de a csápok megfelelő regenerálódásához szaporodás szükséges.
Végül a tudósok úgy döntöttek, hogy tanulmányozzák más medúzafajok elszaporodását, nevezetesen Cytaeis и Rathkea.
6. kép: Cytaeis (balra) és Rathkea (jobbra) medúza proliferációjának összehasonlítása.
У Cytaeis medusa EdU-pozitív sejteket figyeltek meg a manubriumban, a csáphagymákban és az esernyő felső részében (6А и 6V). Az azonosított PH3-pozitív sejtek elhelyezkedése Cytaeis nagyon hasonló Cladonemaazonban vannak különbségek (6C и 6D). De at Rathkea EdU-pozitív és PH3-pozitív sejteket szinte kizárólag a manubrium és a csáphagymák régiójában találtunk (6E-6H).
Az is érdekes, hogy a medúzák veséjében gyakran észleltek burjánzó sejteket Rathkea (6E-6G), amely e faj ivartalan szaporodási típusát tükrözi.
A kapott információkat figyelembe véve feltételezhető, hogy a sejtburjánzás nem csak egy medúzafajnál fordul elő a csáphagymákban, bár vannak eltérések az élettani és morfológiai eltérésekből adódóan.
A tanulmány árnyalatainak részletesebb megismeréséhez javaslom, hogy tekintse meg .
Epilógus
Az egyik kedvenc irodalmi szereplőm Hercule Poirot. Az okos nyomozó mindig különös figyelmet fordított az apró részletekre, amelyeket mások nem tartottak fontosnak. A tudósok olyanok, mint a nyomozók, minden bizonyítékot összegyűjtenek, hogy megválaszolják a nyomozás összes kérdését és kiderítsék a „bűnöst”.
Bármilyen nyilvánvalóan is hangzik, a medúzasejtek regenerációja közvetlenül összefügg a proliferációval – a sejtek, szövetek és ennek következtében az egész szervezet fejlődésének szerves folyamatával. Ennek az átfogó folyamatnak az alaposabb tanulmányozása lehetővé teszi számunkra, hogy jobban megértsük a mögöttes molekuláris mechanizmusokat, amelyek viszont nemcsak tudásunk körét bővítik, hanem életünket is közvetlenül érintik.
péntek off-top:
Az Aurelia fajba tartozó medúza márciusa, amelyet egy szokatlan „sült tojásos medúza” nevű ragadozó zavart meg, i.e. tükörtojás medúza (Planet Earth, hangfelvétel: David Attenborough).
Nem medúza, de ezt a mélytengeri lényt (a pelikánszerű nagyszájút) nem gyakran fényképezik (a kutatók reakciója egyszerűen megható).
Köszönöm, hogy megnézted, maradj kíváncsi és szép hétvégét mindenkinek! 🙂
Köszönjük, hogy velünk tartott. Tetszenek cikkeink? További érdekes tartalmakat szeretne látni? Támogass minket rendeléssel vagy ajánlj ismerőseidnek, 30% kedvezmény a Habr felhasználóknak a belépő szintű szerverek egyedülálló analógjára, amelyet mi találtunk ki Önnek: (RAID1 és RAID10, akár 24 maggal és akár 40 GB DDR4-gyel is elérhető).
Dell R730xd kétszer olcsóbb? Csak itt Hollandiában! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2 Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - 99 dollártól! Olvasni valamiről
Forrás: will.com