Што имаат заедничко Wolverine, Deadpool и Jellyfish? Сите тие имаат неверојатна карактеристика - регенерација. Се разбира, во стриповите и филмовите, оваа способност, вообичаена кај екстремно ограничен број на вистински живи организми, е малку (а понекогаш и многу) преувеличена, но таа останува многу реална. И она што е реално може да се објасни, што е она што научниците од Универзитетот Тохоку (Јапонија) одлучија да го направат во нивната нова студија. Кои клеточни процеси во телото на медузата се поврзани со регенерацијата, како се одвива овој процес и какви други супермоќ имаат овие суштества слични на желе? За ова ќе ни каже извештајот на истражувачката група. Оди.
Истражувачка основа
Најпрво, научниците објаснуваат зошто решиле да го фокусираат своето внимание на медузата. Факт е дека повеќето истражувања од областа на биологијата се спроведуваат со учество на таканаречените модел организми: глувци, овошни мушички, црви, риби итн. Но, нашата планета е дом на милиони видови, од кои секоја има една или друга уникатна способност. Следствено, невозможно е целосно да се процени процесот на клеточна регенерација со проучување само на еден вид и да се претпостави дека испитуваниот механизам ќе биде заеднички за сите суштества на Земјата.
Што се однесува до медузите, овие суштества по самиот изглед зборуваат за нивната уникатност, што не може, а да не го привлече вниманието на научниците. Затоа, пред да започнам со дисекција на самото истражување, го запознав неговиот главен лик.
Зборот „медуза“, кој ние сме навикнати да го нарекуваме суштество како такво, всушност се однесува само на фазата на животниот циклус на подтипот cnidarian медузозои. Книдарците добиле такво необично име поради присуството на убодни клетки (книдоцити) во нивните тела, кои се користат за лов и самоодбрана. Едноставно кажано, кога ќе ве искаса медуза, можете да им се заблагодарите на овие клетки за болката и страдањето.
Книдоцитите содржат книдоцисти, интрацелуларна органела одговорна за ефектот на „боцкање“. Според нивниот изглед и, соодветно, начинот на примена, се разликуваат неколку видови на книдоцити, меѓу кои се:
- пенетранти - нишки со зашилени краеви кои го пробиваат телото на жртвата или сторителот како копја, вбризгувајќи невротоксин;
- глутинанти - лепливи и долги нишки кои ја обвиткуваат жртвата (не најпријатната прегратка);
- волвентите се кратки нишки во кои жртвата лесно може да се заплетка.
Ваквите нестандардни оружја се објаснуваат со фактот дека медузите, иако грациозни, не се особено пргави суштества. Невротоксинот што влегува во телото на пленот моментално го парализира, што на медузата и дава многу време за пауза за ручек.
Медуза по успешен лов.
Покрај нивниот необичен метод на лов и одбрана, медузите имаат многу необично размножување. Мажјаците произведуваат сперматозоиди, а женките произведуваат јајца, по чие спојување се формираат планули (ларви), кои се сместуваат на дното. По некое време, од ларвата расте полип, од кој, по достигнувањето на зрелоста, младата медуза буквално се откинува (всушност, се појавува пукање). Така, постојат неколку фази од животниот циклус, од кои едната е генерацијата на медуза или медузоид.
Влакнеста цијанеа, позната и како лавовска грива.
Кога влакнестата цијанеа би била прашана како да се зголеми ефикасноста на ловот, таа би одговорила - повеќе пипала. Ги има вкупно околу 60 (грозд од 15 пипала на секој агол од куполата). Покрај тоа, овој тип на медуза се смета за најголем, бидејќи дијаметарот на куполата може да достигне 2 метри, а пипалата може да се протегаат до 20 метри за време на ловот. За среќа, овој вид не е особено „токсичен“ и затоа не е фатален за луѓето.
Морската оса, пак, ќе додаде квалитет на квантитетот. Овој тип на медуза има и 15 пипала (3 m во должина) на секој од четирите агли на куполата, но нивниот отров е многу пати посилен од отровот на неговиот голем роднина. Се верува дека морската оса има доволно невротоксин за да убие 60 луѓе за 3 минути. Оваа морска бура со грмотевици живее во крајбрежната зона на северна Австралија и Нов Зеланд. Според податоците од 1884 до 1996 година, во Австралија загинале 63 луѓе, но овие податоци можеби се неточни, а бројот на фатални средби меѓу луѓето и морските оси може да биде многу поголем. Сепак, според податоците за 1991-2004 година, меѓу 225 случаи, само 8% од жртвите биле хоспитализирани, вклучително и еден смртен случај (тригодишно дете).
Море оса
Сега да се вратиме на студијата што ја разгледуваме денес.
Од гледна точка на клетките, најважниот процес во целиот живот на секој организам е клеточната пролиферација - процесот на раст на телесните ткива преку клеточна репродукција со делба. За време на растот на телото, овој процес го регулира зголемувањето на големината на телото. И кога телото е целосно формирано, клетките што се размножуваат ја регулираат физиолошката размена на клетките и замената на оштетените со нови.
Книдарите, како сестринска група на билатерјани и рани метазоани, се користат за проучување на еволутивните процеси многу години. Затоа, cnidarians не се исклучок во однос на пролиферацијата. На пример, за време на ембрионалниот развој на морската анемона Nematostella vectensis клеточната пролиферација е координирана со епителната организација и е вклучена во развојот на пипалата.
Nematostella vectensis
Меѓу другото, книдарите, како што веќе знаеме, се познати по своите регенеративни способности. Хидра полипите (род на слатководни неподвижни колентерати од класата на хидроиди) се сметаат за најпопуларни меѓу истражувачите стотици години. Пролиферацијата, активирана од клетките кои умираат, го активира процесот на регенерација на базалната глава на хидрата. Самото име на ова суштество алудира на митско суштество познато по својата регенерација - Лернајската Хидра, која Херкулес успеал да ја победи.
Иако регенеративните способности се поврзани со пролиферацијата, останува нејасно точно како овој клеточен процес се случува во нормални услови во различни фази од развојот на организмот.
Медузите, кои имаат сложен животен циклус кој се состои од две фази на репродукција (вегетативна и сексуална), служат како одличен модел за проучување на пролиферацијата.
Во ова дело, улогата на главната проучувана единка ја имаа медузата од видот Cladonema pacificum. Овој вид живее во близина на брегот на Јапонија. Првично, оваа медуза има 9 главни пипала, кои почнуваат да се разгрануваат и да се зголемуваат во големина (како целото тело) за време на развојот на возрасен. Оваа карактеристика ни овозможува детално да ги проучуваме сите механизми кои се вклучени во овој процес.
Како додаток на Кладонема пацификум Студијата разгледала и други видови медузи: Cytaeis uchidae и Rathkea octopunctata.
Резултати од истражувањето
За да го разберат просторниот модел на клеточната пролиферација во Cladonema medusa, научниците користеле боење со 5-етинил-2'-деоксиуридин (EdU), кое ги означува клетките во S-фаза * или клетки кои веќе го поминале.
S-фаза * - фазата на клеточниот циклус во која се јавува репликација на ДНК.
Со оглед на тоа Кладонема драматично се зголемува во големина и покажува разгранување на пипалата за време на развојот (1A-1C), распределбата на клетките кои се размножуваат може да се менува во текот на созревањето.
Слика бр. 1: карактеристики на клеточната пролиферација кај младата Кладонема.
Поради оваа карактеристика, беше можно да се проучи механизмот на клеточна пролиферација и кај младата (ден 1) и сексуално зрелата (ден 45) медуза.
Кај малолетните медузи, ЕДУ-позитивните клетки беа пронајдени во голем број низ телото, вклучувајќи го папокот, манубриумот (потпорниот орган на усната шуплина кај медузата) и пипалата, без оглед на времето на изложување на ЕДУ (1D-1K и 1N-1O, EdU: 20 µM (микромоларно) по 24 часа).
Доста ЕДУ-позитивни клетки беа пронајдени во манубриумот (1F и 1G), но во чадорот нивната дистрибуција беше многу униформа, особено во надворешната обвивка на чадорот (ексумбрела, 1H-1K). Во пипалата, ЕДУ-позитивните клетки беа многу групирани (1N). Употребата на митотички маркер (PH3 антитела) овозможи да се потврди дека EdU-позитивните клетки се клетки кои се размножуваат. PH3-позитивни клетки беа пронајдени и во чадорот и во сијалицата на пипалото (1L и 1P).
Во пипалата, митотичните клетки главно беа пронајдени во ектодермот (1P), додека во чадорот клетките што се размножуваат се наоѓале во површинскиот слој (1M).
Слика бр. 2: карактеристики на клеточната пролиферација кај зрела кладонема.
И кај млади и кај зрели поединци, ЕДУ-позитивните клетки беа пронајдени во голем број низ телото. Во папокот, ЕДУ-позитивните клетки почесто беа пронајдени во површинскиот слој отколку во долниот слој, што е слично на набљудувањата кај малолетниците (2A-2D).
Но, во пипалата ситуацијата беше нешто поинаква. ЕДУ-позитивните клетки се акумулирале во основата на пипалото (сијалицата), каде што биле пронајдени две кластери од двете страни на сијалицата (2E и 2F). Кај млади поединци, исто така беа забележани слични акумулации (1N), т.е. сијалиците на пипалата може да бидат главната област на пролиферација во текот на медузоидната фаза. Интересно е што во манубриумот на возрасни индивидуи бројот на ЕДУ-позитивни клетки бил значително поголем отколку кај малолетниците (2G и 2H).
Среден резултат е дека размножувањето на клетките може да се случи подеднакво во чадорот на медузата, но во пипалата овој процес е многу локализиран. Затоа, може да се претпостави дека еднообразната клеточна пролиферација може да го контролира растот на телото и ткивната хомеостаза, но кластери од клетки кои се размножуваат во близина на светилките на пипалата се вклучени во морфогенезата на пипалата.
Во однос на самиот развој на телото, пролиферацијата игра важна улога во растот на телото.
Слика бр. 3: Важноста на пролиферацијата во процесот на раст на телото на медуза.
За да го тестираат ова во пракса, научниците го следеле растот на телото на медузата, почнувајќи од младите поединци. Најлесно е да се одреди големината на телото на медузата по нејзината купола, бидејќи расте рамномерно и во директна пропорција со целото тело.
Со нормално хранење во лабораториски услови, големината на куполата нагло се зголемува за 54.8% во текот на првите 24 часа - од 0.62 ± 0.02 mm2 до 0.96 ± 0.02 mm2. Во текот на следните 5 дена на набљудување, големината полека и непречено се зголеми на 0.98 ± 0.03 mm2 (3A-3S).
Медузите од друга група, кои беа лишени од храна, не пораснаа, туку се намалија (црвена линија на графиконот 3S). Клеточната анализа на изгладнетите медузи покажа присуство на исклучително мал број ЕДУ клетки: 1240.6 ± 214.3 кај медузите од контролната група и 433.6 ± 133 кај оние кои гладуваат (3D-3H). Оваа опсервација може да биде директен доказ дека исхраната директно влијае на процесот на пролиферација.
За да ја тестираат оваа хипотеза, научниците спроведоа фармаколошка анализа во која ја блокираа прогресијата на клеточниот циклус користејќи хидроксиуреа (CH4N2O2), инхибитор на клеточниот циклус кој предизвикува прекин на G1. Како резултат на оваа интервенција, клетките од S-фазата претходно откриени со помош на EdU исчезнаа (3I-3L). Така, медузите кои биле изложени на CH4N2O2 не покажале раст на телото, за разлика од контролната група (3M).
Следната фаза од студијата беше детално проучување на разгранетите пипала на медузата со цел да се потврди претпоставката дека локалната пролиферација на клетките во пипалата придонесува за нивната морфогенеза.
Слика бр. 4: ефектот на локалната пролиферација врз растот и разгранувањето на пипалата на медузата.
Пипалата на младата медуза имаат една гранка, но со текот на времето нивниот број се зголемува. Во лабораториски услови, разгранувањето се зголеми 3 пати на деветтиот ден од набљудувањето (4A и 4S).
Повторно, кога се користеше CH4N2O2, не беше забележано разгранување на пипалата, туку само една гранка (4B и 4C). Интересно е што отстранувањето на CH4N2O2 од телото на медузата го обнови процесот на разгранување на пипалата, што укажува на реверзибилност на интервенцијата со лекови. Овие набљудувања јасно укажуваат на важноста на пролиферацијата за развојот на пипалата.
Книдарите не би биле книдари без нематоцити (книдоцити, т.е. книдари). Во видот на медуза Clytia hemisphaerica, матичните клетки во сијалиците на пипалата ги снабдуваат нематоцистите до врвовите на пипалата токму поради клеточната пролиферација. Секако, научниците решија да ја тестираат и оваа изјава.
За да се открие каква било поврзаност помеѓу нематоцистите и пролиферацијата, користена е нуклеарна боја за боење која може да означи поли-γ-глутамат синтетизиран во ѕидот на нематоцистот (DAPI, т.е. 4',6-диамидино-2-фенилиндол).
Боењето со поли-γ-глутамат ни овозможи да ја процениме големината на нематоцитите, во опсег од 2 до 110 μm2 (4D-4G). Идентификувани се и голем број празни нематоцисти, односно таквите нематоцити беа исцрпени (4D-4G).
Активноста на пролиферација во пипалата на медузата беше тестирана со проучување на празнините во нематоцитите по блокирањето на клеточниот циклус со CH4N2O2. Процентот на празни нематоцити кај медузата по интервенција со лекови беше повисок отколку во контролната група: 11.4% ± 2.0% кај медузата од контролната група и 19.7% ± 2.0% кај медузата со CH4N2O2 (4D-4G и 4H). Следствено, дури и по исцрпеност, нематоцитите продолжуваат активно да се снабдуваат со пролиферациони прогениторни клетки, што го потврдува влијанието на овој процес не само врз развојот на пипалата, туку и врз нематогенезата во нив.
Најинтересната фаза беше проучувањето на регенеративните способности на медузата. Имајќи ја предвид високата концентрација на пролиферативни клетки во сијалицата на пипалата на зрелата медуза Кладонема, научниците одлучија да ја проучуваат регенерацијата на пипалата.
Слика бр. 5: ефектот на пролиферацијата врз регенерацијата на пипалата.
По дисекција на пипалата во основата, беше забележан процес на регенерација (5A-5D). Во текот на првите 24 часа, се случи заздравување во областа на засекот (5B). На вториот ден од набљудувањето, врвот почна да се издолжува и се појавија гранки (5S). На петтиот ден, пипалото беше целосно разгрането (5D), затоа, регенерацијата на пипалата може да следи по нормалната морфогенеза на пипалата по издолжување.
За подобро проучување на почетната фаза на регенерација, научниците ја анализираа дистрибуцијата на клетките кои се размножуваат користејќи боење со PH3 за да ги визуелизираат митотичните клетки.
Додека клетките кои се делат често беа забележани во близина на ампутираната област, митотичните клетки беа дисперзирани во неисечени контролни светилки со пипала (5E и 5F).
Квантификацијата на PH3-позитивните клетки присутни во сијалиците на пипалата откри значително зголемување на PH3-позитивните клетки во светилките на пипалата на ампутираните лица во споредба со контролните (5G). Како заклучок, почетните регенеративни процеси се придружени со активно зголемување на клеточната пролиферација во светилките на пипалата.
Ефектот на пролиферацијата врз регенерацијата беше тестиран со блокирање на клетките со CH4N2O2 по отсекувањето на пипалото. Во контролната група, издолжувањето на пипалата по ампутација се случи нормално, како што се очекуваше. Но, во групата на која беше применет CH4N2O2, не дојде до издолжување, и покрај нормалното зараснување на раните (5H). Со други зборови, заздравувањето ќе се случи во секој случај, но пролиферацијата е неопходна за правилна регенерација на пипалата.
Конечно, научниците одлучија да ја проучуваат пролиферацијата кај други видови медузи, имено Cytaeis и Раткеа.
Слика бр. 6: Споредба на пролиферацијата во Cytaeis (лево) и Rathkea (десно) медуза.
У Cytaeis Медуза ЕДУ-позитивни клетки беа забележани во манубриумот, светилките на пипалата и горниот дел од чадорот (6A и 6V). Локација на идентификуваните PH3-позитивни клетки во Cytaeis многу слично на Кладонема, сепак има некои разлики (6C и 6D). Но во Раткеа ЕДУ-позитивните и PH3-позитивните клетки беа пронајдени речиси исклучиво во пределот на манубриумот и сијалиците на пипалата (6E-6H).
Интересно е и тоа што клетките што се размножуваат често биле откриени во бубрезите на медузата Раткеа (6E-6G), што го одразува асексуалниот тип на размножување на овој вид.
Земајќи ги предвид добиените информации, може да се претпостави дека клеточната пролиферација се јавува во луковиците на пипалата не само кај еден вид медуза, иако постојат разлики поради разликите во физиологијата и морфологијата.
За подетално запознавање со нијансите на студијата, препорачувам да погледнете .
Епилог
Еден од моите омилени литературни ликови е Херкул Поаро. Осетливиот детектив секогаш посветувал посебно внимание на малите детали за кои другите сметале дека се неважни. Научниците многу личат на детективи, ги собираат сите докази што можат да ги најдат за да одговорат на сите прашања од истрагата и да го откријат „виновникот“.
Колку и да звучи очигледно, регенерацијата на клетките на медузата е директно поврзана со пролиферацијата - составен процес во развојот на клетките, ткивата и, како последица на тоа, на целиот организам. Потемелно проучување на овој сеопфатен процес ќе ни овозможи подобро да ги разбереме молекуларните механизми кои лежат во основата на него, што, пак, ќе го прошири не само опсегот на нашето знаење, туку и директно ќе влијае на нашите животи.
Петок надвор од врвот:
Марш на медуза од видот Aurelia, вознемирен од предатор со необично име „медуза од пржено јајце“, т.е. медуза од пржени јајца (Планета Земја, глас од Дејвид Атенборо).
Тоа не е медуза, но ова длабоко морско суштество (големата уста налик на пеликан) не е често фотографирано (реакцијата на истражувачите е едноставно трогателна).
Ви благодариме за читањето, останете љубопитни и имајте одличен викенд момци! 🙂
Ви благодариме што останавте со нас. Дали ви се допаѓаат нашите написи? Сакате да видите поинтересна содржина? Поддржете не со нарачка или препорака на пријатели, 30% попуст за корисниците на Habr на уникатен аналог на сервери на почетно ниво, кој го измисливме ние за вас: (достапен со RAID1 и RAID10, до 24 јадра и до 40 GB DDR4).
Dell R730xd 2 пати поевтин? Само овде во Холандија! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - од 99 долари! Прочитајте за
Извор: www.habr.com