결혼식 전에 치유됩니다 : 해파리의 세포 증식 및 재생 능력

울버린, 데드풀, 젤리피쉬의 공통점은 무엇인가요? 그들 모두는 재생이라는 놀라운 기능을 가지고 있습니다. 물론 만화나 영화에서는 극히 제한된 수의 실제 생명체에게 공통적으로 나타나는 이 능력이 약간(때로는 크게) 과장되어 있지만 여전히 매우 현실적입니다. 그리고 무엇이 실제인지 설명할 수 있는데, 이것이 일본 도호쿠 대학의 과학자들이 새로운 연구에서 결정한 것입니다. 해파리 몸의 어떤 세포 과정이 재생과 관련되어 있으며, 이 과정은 어떻게 진행되며, 이 젤리 같은 생물은 어떤 다른 초능력을 가지고 있습니까? 연구 그룹의 보고서가 이에 대해 알려줄 것입니다. 가다.

연구기반

우선, 과학자들은 왜 해파리에 관심을 집중하기로 결정했는지 설명합니다. 사실 생물학 분야의 대부분의 연구는 생쥐, 초파리, 벌레, 물고기 등 소위 모델 유기체의 참여로 수행됩니다. 그러나 우리 행성에는 수백만 종이 살고 있으며, 각 종은 하나 또는 다른 고유한 능력을 가지고 있습니다. 결과적으로, 한 종만을 연구하여 세포 재생 과정을 완전히 평가하는 것은 불가능하며, 연구된 메커니즘이 지구상의 모든 생물에 공통적일 것이라고 가정합니다.

해파리의 경우, 이 생물들은 외관상으로 과학자들의 관심을 끌 수밖에 없는 독창성을 말해줍니다. 그래서 연구 자체의 해부를 시작하기 전에 그 주인공을 만났습니다.

우리가 생물체를 그렇게 부르는 데 사용되는 "해파리"라는 단어는 실제로 자포 아형의 생활주기 단계만을 나타냅니다. 메두소동물. 자포동물은 몸에 사냥과 자기방어에 사용되는 쏘는 세포(자세포)가 존재하기 때문에 이러한 특이한 이름을 받았습니다. 간단히 말해서, 해파리에 쏘였을 때 고통과 고통을 겪은 세포들에게 감사할 수 있습니다.

자포세포에는 "찌르기" 효과를 담당하는 세포내 소기관인 자포가 포함되어 있습니다. 모양과 그에 따른 적용 방법에 따라 여러 유형의 자소 세포가 구별되며 그중에는 다음이 포함됩니다.

• 침투제 - 끝이 뾰족한 실로 피해자나 범죄자의 몸을 창처럼 관통하여 신경독을 주입합니다.
• 글루텐 - 희생자를 감싸는 끈적하고 긴 실 (가장 즐거운 포옹은 아님);
• Volvents는 피해자가 쉽게 얽힐 수 있는 짧은 실입니다.

이러한 비표준 무기는 해파리가 우아하기는 하지만 특별히 민첩한 생물은 아니라는 사실로 설명됩니다. 먹이의 몸에 들어간 신경독은 즉시 마비되어 해파리에게 점심 시간에 많은 시간을 제공합니다.

성공적인 사냥 후 해파리.

해파리는 특이한 사냥 및 방어 방법 외에도 매우 특이한 번식 방식을 가지고 있습니다. 수컷은 정자를 생산하고 암컷은 난자를 생산하며, 융합 후 플라눌라(유충)가 형성되어 바닥에 정착합니다. 잠시 후 유충에서 폴립이 자라며 성숙해지면 어린 해파리가 문자 그대로 부서집니다 (실제로 싹이 트기 시작합니다). 따라서 생활주기에는 여러 단계가 있으며 그 중 하나는 해파리 또는 메두소이드 세대입니다.

사자갈기라고도 알려진 털이 많은 시아니아입니다.

털이 많은 시아니아에게 사냥의 효율성을 높이는 방법을 묻는다면 더 많은 촉수라고 대답할 것입니다. 총 60개 정도가 있습니다(돔의 각 모서리에 15개의 촉수가 모여 있습니다). 또한 돔의 직경이 2m에 달하고 사냥 중에 촉수가 최대 20m까지 늘어날 수 있기 때문에 이러한 유형의 해파리는 가장 큰 것으로 간주됩니다. 다행히도 이 종은 특별히 "독성"이 없으므로 인간에게 치명적이지 않습니다.

바다말벌은 양에 질을 더해 줄 것입니다. 이 유형의 해파리는 돔의 네 모퉁이에 각각 15개의 촉수(길이 3m)가 있지만 그 독은 큰 해파리의 독보다 몇 배 더 강합니다. 바다말벌에는 60분 안에 3명의 사람을 죽일 수 있는 충분한 신경독이 있다고 믿어집니다. 이 바다의 뇌우는 호주 북부와 뉴질랜드 해안 지역에 서식합니다. 1884년부터 1996년까지의 자료에 따르면 호주에서는 63명이 사망했지만 이 자료는 부정확할 수 있으며, 인간과 바다말벌 사이의 치명적인 만남의 횟수는 훨씬 더 많을 수 있습니다. 그러나 1991~2004년 자료에 따르면 225건의 사례 중 사망 8명(XNUMX세 아동)을 포함해 피해자의 XNUMX%만이 입원했다.

바다 말벌

이제 오늘 우리가 보고 있는 연구로 돌아가 보겠습니다.

세포의 관점에서 볼 때, 모든 유기체의 전 생애에서 가장 중요한 과정은 세포 증식, 즉 분열에 의한 세포 재생산을 통해 신체 조직이 성장하는 과정입니다. 신체가 성장하는 동안 이 과정은 신체 크기의 증가를 조절합니다. 그리고 신체가 완전히 형성되면 증식하는 세포는 세포의 생리적 교환과 손상된 세포를 새로운 세포로 교체하는 것을 조절합니다.

자포동물은 좌우대칭동물과 초기 후생동물의 자매 그룹으로서 수년 동안 진화 과정을 연구하는 데 사용되어 왔습니다. 따라서 확산 측면에서 자포동물도 예외는 아닙니다. 예를 들어, 말미잘의 배아 발달 과정에서 선충류 세포 증식은 상피 조직과 조화를 이루고 촉수 발달에 관여합니다.

선충류

무엇보다도 우리가 이미 알고 있듯이 자포동물은 재생 능력으로 유명합니다. 히드라 폴립(수체강의 담수 고착 강장균 속)은 수백 년 동안 연구자들 사이에서 가장 인기 있는 것으로 간주되어 왔습니다. 죽어가는 세포에 의해 활성화되는 증식은 히드라 기저부의 재생 과정을 촉발합니다. 이 생물의 이름은 헤라클레스가 물리칠 수 있었던 Lernaean Hydra라는 재생으로 알려진 신화적인 생물을 암시합니다.

재생 능력이 증식과 연관되어 있지만 유기체 발달의 다양한 단계와 정상적인 조건에서 이 세포 과정이 어떻게 발생하는지 정확히 알 수는 없습니다.

두 가지 번식 단계(영양 및 유성)로 구성된 복잡한 생활사를 갖고 있는 해파리는 증식 연구를 위한 훌륭한 모델 역할을 합니다.

이 연구에서 주요 연구 개체의 역할은 Cladonema pacificum 종의 해파리가 담당했습니다. 이 종은 일본 연안에 서식합니다. 처음에 이 해파리는 9개의 주요 촉수를 가지고 있는데, 이 촉수는 성장하면서 성체로 자라면서 가지가 나기 시작하고 크기(몸 전체와 마찬가지로)가 커집니다. 이 기능을 사용하면 이 프로세스와 관련된 모든 메커니즘을 자세히 연구할 수 있습니다.

이외에 클라도네마 패시피쿰 이 연구에서는 다른 유형의 해파리도 조사했습니다. 시타이이스 우치과 и 라트케아 문어푼타타.

연구 결과

Cladonema medusa에서 세포 증식의 공간적 패턴을 이해하기 위해 과학자들은 5-ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU) 염색을 사용했습니다. S상* 또는 이미 그것을 통과한 세포.

S상* - DNA 복제가 일어나는 세포주기의 단계.

점을 감안 클라도네마 크기가 극적으로 증가하고 발달 중에 촉수 분기가 나타납니다(1A-1C), 증식하는 세포의 분포는 성숙 과정에서 바뀔 수 있습니다.

이미지 번호 1: 어린 Cladonema의 세포 증식 특징.

이러한 특징으로 인해 어린 해파리(1일차)와 성적으로 성숙한 해파리(45일차) 모두에서 세포 증식 메커니즘을 연구할 수 있었습니다.

어린 해파리에서는 EdU 노출 시간에 관계없이 산형화서, 흉골(해파리의 구강 지지 기관), 촉수를 포함하여 몸 전체에서 EdU 양성 세포가 많이 발견되었습니다.1D-1K и 1N-1O, EdU: 20시간 후 24μM(마이크로몰).

흉골에서 상당수의 EdU 양성 세포가 발견되었습니다(1F и 1G), 그러나 우산에서는 그 분포가 매우 균일했으며, 특히 우산의 바깥 껍질(exumbrella, 1H-1K). 촉수에서는 EdU 양성 세포가 고도로 밀집되어 있었습니다(1N). 유사분열 마커(PH3 항체)를 사용하면 EdU 양성 세포가 증식하는 세포라는 것을 확인할 수 있었습니다. PH3 양성 세포는 우산과 촉수 구근 모두에서 발견되었습니다(1L и 1P).

촉수에서는 유사분열 세포가 주로 외배엽에서 발견되었습니다(1P), 우산에서는 증식하는 세포가 표면층에 위치하는 반면(1M).

이미지 번호 2: 성숙한 Cladonema의 세포 증식 특징.

젊고 성숙한 개인 모두에서 EdU 양성 세포가 몸 전체에서 많이 발견되었습니다. 산형화서에서는 EdU 양성 세포가 하층보다 표층에서 더 자주 발견되었는데, 이는 청소년에서의 관찰과 유사합니다.2A-2D).

그러나 촉수에서는 상황이 다소 달랐습니다. EdU 양성 세포는 촉수(전구)의 기저부에 축적되었으며, XNUMX개의 클러스터가 전구의 양쪽에서 발견되었습니다(2E и 2F). 젊은 개인들에서도 비슷한 축적이 관찰되었습니다.1N), 즉. 촉수 구근은 중수체 단계 전반에 걸쳐 주요 증식 영역이 될 수 있습니다. 성인 개체의 흉골에서 EdU 양성 세포의 수가 청소년의 흉골에 비해 훨씬 더 많다는 것이 궁금합니다.2G и 2H).

중간 결과는 해파리의 우산에서는 세포 증식이 균일하게 일어날 수 있지만 촉수에서는 이 과정이 매우 국지적이라는 것입니다. 따라서 균일한 세포 증식은 신체 성장과 조직 항상성을 조절할 수 있지만 촉수 구근 근처의 증식하는 세포 클러스터는 촉수 형태 형성에 관여한다고 가정할 수 있습니다.

신체 발달 자체의 측면에서 증식은 신체 성장에 중요한 역할을 합니다.

이미지 #3: 해파리의 신체 성장 과정에서 증식의 중요성.

이를 실제로 테스트하기 위해 과학자들은 어린 개체부터 시작하여 해파리의 신체 성장을 모니터링했습니다. 해파리는 몸 전체에 정비례하고 고르게 자라기 때문에 돔으로 몸의 크기를 결정하는 것이 가장 쉽습니다.

실험실 조건에서 정상적인 공급을 하면 돔 크기는 처음 54.8시간 동안 24 ± 0.62 mm0.02에서 2 ± 0.96 mm0.02로 2% 급격하게 증가합니다. 다음 5일 동안 관찰하는 동안 크기는 0.98 ± 0.03mm2(3А-3S).

먹이가 부족한 다른 그룹의 해파리는 자라지 않고 줄어들었습니다(그래프의 빨간색 선). 3S). 굶주린 해파리의 세포 분석 결과, 대조군 해파리에서는 1240.6 ± 214.3개, 굶주린 해파리에서는 433.6 ± 133개로 극히 적은 수의 EdU 세포가 존재하는 것으로 나타났습니다.3D-3H). 이러한 관찰은 영양이 증식 과정에 직접적인 영향을 미친다는 직접적인 증거일 수 있습니다.

이 가설을 테스트하기 위해 과학자들은 G4 정지를 유발하는 세포 주기 억제제인 ​​수산화요소(CH2N2O1)를 사용하여 세포 주기 진행을 차단하는 약리학적 분석을 수행했습니다. 이러한 개입의 결과, 이전에 EdU를 사용하여 검출한 S상 세포가 사라졌습니다(3I-3L). 따라서 CH4N2O2에 노출된 해파리는 대조군(3M).

연구의 다음 단계는 촉수 내 세포의 국소적 증식이 형태 형성에 기여한다는 가정을 확인하기 위해 해파리의 분기 촉수에 대한 자세한 연구였습니다.

이미지 번호 4: 해파리 촉수의 성장과 분기에 대한 국소 확산의 영향.

어린 해파리의 촉수에는 가지가 하나 있지만 시간이 지남에 따라 그 수가 늘어납니다. 실험실 조건에서는 관찰 3일차에 가지가 XNUMX배 증가했습니다(4А и 4S).

다시 CH4N2O2를 사용한 경우에는 촉수의 가지가 관찰되지 않았으나 오직 한 가지만 관찰되었다(4B и 4C). 해파리 몸에서 CH4N2O2를 제거하면 촉수의 분기 과정이 복원되어 약물 개입의 가역성이 나타나는 것이 궁금합니다. 이러한 관찰은 촉수 발달에 있어 증식의 중요성을 분명히 나타냅니다.

자포동물은 선세포(자포세포, 즉 자포동물)가 없으면 자포동물이 아닙니다. 해파리 종 Clytia hemisphaerica의 경우 촉수 구근의 줄기 세포는 세포 증식으로 인해 정확하게 촉수 끝 부분에 선충을 공급합니다. 당연히 과학자들은 이 진술도 테스트하기로 결정했습니다.

선충과 증식 사이의 연관성을 탐지하기 위해 선충 벽에서 합성된 폴리-γ-글루타메이트(DAPI, 즉 4',6-diamidino-2-phenylindole)를 표시할 수 있는 핵 염색 염료를 사용했습니다.

폴리-γ-글루타메이트 염색을 통해 우리는 선충세포의 크기를 2~110μm2 범위로 추정할 수 있었습니다.4D-4G). 다수의 빈 선충도 확인되었습니다. 즉, 이러한 선충이 고갈되었습니다(4D-4G).

해파리 촉수의 증식 활성은 CH4N2O2로 세포 주기를 차단한 후 선충세포의 공극을 연구하여 테스트했습니다. 약물 개입 후 해파리의 빈 선충세포 비율은 대조군보다 높았습니다. 대조군 해파리에서는 11.4% ± 2.0%, CH19.7N2.0O4를 함유한 해파리에서는 2% ± 2%(4D-4G и 4H). 결과적으로, 고갈 후에도 선세포에는 증식 전구 세포가 계속해서 적극적으로 공급되며, 이는 이 과정이 촉수의 발달뿐만 아니라 선충 발생에도 미치는 영향을 확인합니다.

가장 흥미로운 단계는 해파리의 재생 능력에 대한 연구였습니다. 성숙한 해파리의 촉수 구근에 증식 세포의 농도가 높다는 점을 고려 클라도네마, 과학자들은 촉수의 재생을 연구하기로 결정했습니다.

이미지 번호 5: 촉수 재생에 대한 증식의 효과.

기부의 촉수를 해부한 후 재생 과정이 관찰되었습니다(5A-5D). 처음 24시간 동안 절개 부위에 치유가 일어났습니다.5B). 관찰 XNUMX일째부터 끝부분이 길어지기 시작하고 가지가 나타나기 시작했다(5S). XNUMX일째에는 촉수가 완전히 갈라졌습니다(5D) 따라서 촉수 재생은 신장 후 정상적인 촉수 형태 형성을 따를 수 있습니다.

재생의 초기 단계를 더 잘 연구하기 위해 과학자들은 유사분열 세포를 시각화하기 위해 PH3 염색을 사용하여 증식하는 세포의 분포를 분석했습니다.

절단된 부위 근처에서 분열하는 세포가 자주 관찰되는 반면, 유사분열 세포는 절단되지 않은 대조군 촉수 구근에 분산되어 있었습니다.5E и 5F).

촉수 구근에 존재하는 PH3 양성 세포의 정량화는 대조군과 비교하여 절단 환자의 촉수 구근에서 PH3 양성 세포의 상당한 증가를 나타냅니다.5G). 결론적으로, 초기 재생 과정에는 촉수 구근의 세포 증식이 활발하게 증가합니다.

촉수를 잘라낸 후 CH4N2O2로 세포를 차단하여 재생에 대한 증식의 효과를 테스트했습니다. 대조군에서는 절단 후 촉수 신장이 예상대로 정상적으로 발생했습니다. 그러나 CH4N2O2를 적용한 그룹에서는 정상적인 상처 치유에도 불구하고 신장이 일어나지 않았다.5H). 즉, 어떤 경우에도 치유는 이루어지지만 적절한 촉수 재생을 위해서는 증식이 필요합니다.

마침내 과학자들은 다른 해파리 종의 증식을 연구하기로 결정했습니다. 시타이스 и 라트케아.

이미지 #6: Cytaeis(왼쪽)와 Rathkea(오른쪽) 해파리의 증식 비교.

У 시타이스 medusa EdU 양성 세포는 흉골, 촉수 구근 및 우산 윗부분에서 관찰되었습니다(6А и 6V). 확인된 PH3 양성 세포의 위치 시타이스 매우 유사하다 클라도네마그러나 약간의 차이점이 있습니다(6C и 6D). 하지만 에 라트케아 EdU 양성 및 PH3 양성 세포는 흉골 및 촉수 구근 영역에서 거의 독점적으로 발견되었습니다.6E-6H).

해파리의 신장에서 증식하는 세포가 자주 발견된다는 점도 흥미롭다. 라트케아 (6E-6G) 이는 이 종의 무성 생식 유형을 반영합니다.

얻은 정보를 고려하면 생리학 및 형태의 차이로 인해 차이가 있지만 한 종의 해파리뿐만 아니라 촉수 구근에서 세포 증식이 발생한다고 가정할 수 있습니다.

연구의 뉘앙스에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하는 것이 좋습니다. 과학자 보고서.

커튼콜

제가 가장 좋아하는 문학적 인물 중 하나는 에르큘 포와로(Hercule Poirot)입니다. 기민한 형사는 항상 다른 사람들이 중요하지 않다고 생각하는 작은 세부 사항에 특별한 관심을 기울였습니다. 과학자들은 조사의 모든 질문에 답하고 "범인"을 알아내기 위해 찾을 수 있는 모든 증거를 수집하는 탐정과 매우 유사합니다.

아무리 명백하게 들리더라도 해파리 세포의 재생은 세포, 조직 및 결과적으로 전체 유기체의 발달에 필수적인 과정인 증식과 직접적으로 관련됩니다. 이 포괄적인 과정에 대한 보다 철저한 연구를 통해 우리는 그 밑에 있는 분자 메커니즘을 더 잘 이해할 수 있게 될 것이며, 이는 결국 우리 지식의 범위를 확장할 뿐만 아니라 우리 삶에 직접적인 영향을 미칠 것입니다.

금요일 오프탑:

Aurelia 종의 해파리 행진은 "계란 튀김 해파리"라는 특이한 이름을 가진 포식자에 의해 방해를 받습니다. 계란 후라이 해파리(Planet Earth, David Attenborough의 음성 해설).

해파리는 아니지만 이 심해생물(펠리컨을 닮은 큰입)은 사진에 자주 나오지 않습니다(연구자들의 반응은 그저 감동적일 뿐입니다).

읽어주셔서 감사합니다. 호기심을 갖고 즐거운 주말 보내세요! 🙂

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출처 : habr.com