Залечиће се пре венчања: пролиферација ћелија и регенеративне способности медуза

Шта је заједничко Вулверину, Дедпулу и Медузи? Сви они имају невероватну особину - регенерацију. Наравно, у стриповима и филмовима, ова способност, уобичајена међу изузетно ограниченим бројем стварних живих организама, је мало (а понекад и јако) преувеличана, али остаје веома стварна. А шта је стварно може се објаснити, а то су научници са Универзитета Тохоку (Јапан) одлучили да ураде у својој новој студији. Који ћелијски процеси у телу медузе су повезани са регенерацијом, како се овај процес одвија и које друге супер-моћи имају ова желе слична створења? О томе ће нам рећи извештај истраживачке групе. Иди.

Основа истраживања

Пре свега, научници објашњавају зашто су одлучили да своју пажњу усмере на медузе. Чињеница је да се већина истраживања у области биологије спроводи уз учешће такозваних моделних организама: мишева, воћних мушица, црва, риба итд. Али наша планета је дом милионима врста, од којих свака има једну или другу јединствену способност. Сходно томе, немогуће је у потпуности проценити процес ћелијске регенерације проучавањем само једне врсте, и претпоставити да ће проучавани механизам бити заједнички за сва створења на Земљи.

Што се тиче медуза, ова створења по самом изгледу говоре о својој јединствености, што не може а да привуче пажњу научника. Стога сам, пре него што сам започео сецирање самог истраживања, упознао његовог главног јунака.

Реч „медуза“, коју смо навикли да зовемо створење као такво, заправо се односи само на фазу животног циклуса книдарског подтипа Медусозоа. Книдарци су добили тако необично име због присуства убодних ћелија (книдоцита) у њиховим телима, које се користе за лов и самоодбрану. Једноставно речено, када вас убоде медуза, овим ћелијама можете захвалити за бол и патњу.

Цнидоцити садрже цнидоцисте, интрацелуларну органелу одговорну за ефекат „пецкања“. Према изгледу и, сходно томе, начину примене, разликују се неколико врста цнидоцита, међу којима су:

• пенетранти - нити са зашиљеним крајевима који попут копља пробијају тело жртве или преступника, убризгавајући неуротоксин;
• глутинанти - лепљиве и дугачке нити које обавијају жртву (не најпријатнији загрљај);
• волвенти су кратке нити у које се жртва лако може заплести.

Такво нестандардно оружје објашњава се чињеницом да медузе, иако грациозне, нису посебно окретна створења. Неуротоксин који улази у тело плена моментално га паралише, што медузи даје доста времена за паузу за ручак.

Медузе након успешног лова.

Поред необичног начина лова и одбране, медузе имају веома необичну репродукцију. Мужјаци производе сперму, а женке јаја, након чијег спајања настају плануле (ларве) које се таложе на дну. После неког времена из ларве расте полип, из којег се, по достизању зрелости, буквално одвајају младе медузе (у ствари, долази до пупљења). Дакле, постоји неколико фаза животног циклуса, од којих је једна генерација медуза или медузоида.

Длакава цијанеја, позната и као лавља грива.

Када би длакаву цијану питали како да повећа ефикасност лова, одговорила би - више пипака. Укупно их има око 60 (скупови од 15 пипака на сваком углу куполе). Поред тога, ова врста медуза се сматра највећом, јер пречник куполе може да достигне 2 метра, а пипци се могу протегнути до 20 метара током лова. На срећу, ова врста није посебно "токсична" и стога није фатална за људе.

Морска оса би, заузврат, додала квалитет квантитету. Ова врста медуза такође има 15 пипака (3 м дужине) на сваком од четири угла куполе, али је њихов отров вишеструко јачи од отрова њеног великог сродника. Верује се да морска оса има довољно неуротоксина да убије 60 људи за 3 минута. Ова морска олуја живи у приобалном појасу северне Аустралије и Новог Зеланда. Према подацима од 1884. до 1996. године, у Аустралији су умрле 63 особе, али ти подаци могу бити нетачни, а број фаталних сусрета људи и морских оса може бити много већи. Међутим, према подацима за 1991-2004, од 225 случајева, само 8% жртава је хоспитализовано, укључујући једну смрт (трогодишње дете).

Сеа васп

Вратимо се сада на студију коју данас гледамо.

Са становишта ћелија, најважнији процес у целокупном животу сваког организма је пролиферација ћелија – процес раста телесних ткива кроз ћелијску репродукцију деобом. Током раста тела, овај процес регулише повећање величине тела. А када се тело потпуно формира, ћелије које се размножавају регулишу физиолошку размену ћелија и замену оштећених новим.

Книдарци, као сестринска група билатерана и раних метазоана, коришћени су за проучавање еволуционих процеса дуги низ година. Стога, цнидари нису изузетак у погледу пролиферације. На пример, током ембрионалног развоја морске анемоне Нематостелла вецтенсис пролиферација ћелија је координирана са организацијом епитела и укључена је у развој пипака.

Нематостелла вецтенсис

Између осталог, цнидари су, као што већ знамо, познати по својим регенеративним способностима. Хидра полипи (род слатководних сесилних коелентерата из класе хидроида) се стотинама година сматрају најпопуларнијим међу истраживачима. Пролиферација, активирана умирућим ћелијама, покреће процес регенерације базалне главе хидре. Само име овог створења алудира на митско створење познато по својој регенерацији - Лернску хидру, коју је Херкул успео да победи.

Иако су регенеративне способности повезане са пролиферацијом, остаје нејасно како се овај ћелијски процес одвија у нормалним условима у различитим фазама развоја организма.

Медузе, које имају сложен животни циклус који се састоји од две фазе репродукције (вегетативне и полне), служе као одличан модел за проучавање пролиферације.

У овом раду улогу главне проучаване јединке имала је медуза врсте Цладонема пацифицум. Ова врста живи на обали Јапана. У почетку, ова медуза има 9 главних пипака, који почињу да се гранају и повећавају величину (као цело тело) током развоја до одрасле особе. Ова карактеристика нам омогућава да детаљно проучимо све механизме који су укључени у овај процес.

Додатно Цладонема пацифицум Студија је такође разматрала друге врсте медуза: Цитаеис уцхидае и Ратхкеа оцтопунцтата.

Резултати истраживања

Да би разумели просторни образац пролиферације ћелија у Цладонема медуса, научници су користили 5-етинил-2'-деоксиуридин (ЕдУ) бојење, које означава ћелије у С-фаза* или ћелије које су га већ прошле.

С-фаза* - фаза ћелијског циклуса у којој се јавља репликација ДНК.

С обзиром на то Цладонема драматично се повећава у величини и показује гранање пипака током развоја (1A-1C), дистрибуција пролиферирајућих ћелија може се променити током сазревања.

Слика бр. 1: карактеристике пролиферације ћелија код младе кладонеме.

Захваљујући овој особини, било је могуће проучавати механизам пролиферације ћелија и код младих (1. дан) и код полно зрелих (45. дан) медуза.

Код јувенилних медуза, ЕдУ-позитивне ћелије су пронађене у великом броју по целом телу, укључујући кишобран, манубријум (потпорни орган усне дупље код медуза) и пипке, без обзира на време излагања ЕдУ (1D-1K и 1N-1O, ЕдУ: 20 µМ (микромоларно) после 24 сата).

У манубријуму је пронађено доста ћелија позитивних на ЕдУ (1F и 1G), али у кишобрану њихова дистрибуција је била веома уједначена, посебно у спољашњој љусци кишобрана (екумбрелла, 1H-1K). У пипцима, ЕдУ-позитивне ћелије су биле високо груписане (1N). Употреба митотичког маркера (ПХ3 антитела) омогућила је да се потврди да су ЕдУ-позитивне ћелије ћелије које се размножавају. ПХ3-позитивне ћелије пронађене су и у кишобрану и у сијалици пипака (1L и 1P).

У пипцима, митотичке ћелије су углавном пронађене у ектодерму (1P), док су се у кишобрану ћелије које се размножавају налазиле у површинском слоју (КСНУМКСМ).

Слика бр. 2: карактеристике пролиферације ћелија код зреле кладонеме.

И код младих и код зрелих појединаца, ЕдУ-позитивне ћелије су пронађене у великом броју по целом телу. У кишобрану, ЕдУ-позитивне ћелије су се чешће налазиле у површном него у доњем слоју, што је слично запажањима код јувенила (2A-2D).

Али у пипцима ситуација је била нешто другачија. ЕдУ-позитивне ћелије су се акумулирале на дну пипака (сијалице), где су два кластера пронађена са обе стране луковице (2E и 2F). Код младих особа такође су уочене сличне акумулације (1N), тј. луковице пипака могу бити главно подручје пролиферације кроз медусоидну фазу. Занимљиво је да је у манубријуму одраслих јединки број ЕдУ-позитивних ћелија био значајно већи него код јувенила (2G и 2H).

Средњи резултат је да се пролиферација ћелија може одвијати равномерно у кишобрану медузе, али у пипцима је овај процес веома локализован. Стога се може претпоставити да униформна пролиферација ћелија може контролисати раст тела и хомеостазу ткива, али кластери пролиферирајућих ћелија у близини луковица пипака су укључени у морфогенезу пипака.

У погледу самог развоја тела, пролиферација игра важну улогу у расту тела.

Слика #3: Важност пролиферације у процесу раста тела медузе.

Да би то тестирали у пракси, научници су пратили телесни раст медуза, почевши од младих јединки. Величину тела медузе најлакше је одредити по куполи, јер расте равномерно иу директној пропорцији са целим телом.

Са нормалним храњењем у лабораторијским условима, величина куполе се нагло повећава за 54.8% током прва 24 сата - са 0.62 ± 0.02 мм2 на 0.96 ± 0.02 мм2. Током наредних 5 дана посматрања, величина се полако и глатко повећавала на 0.98 ± 0.03 мм2 (КСНУМКСА-КСНУМКСС).

Медузе из друге групе, које су биле ускраћене за храну, нису расле, већ су се смањиле (црвена линија на графикону КСНУМКСС). Ћелијска анализа гладних медуза показала је присуство изузетно малог броја ЕдУ ћелија: 1240.6 ± 214.3 код медуза из контролне групе и 433.6 ± 133 код гладних (3D-3H). Ово запажање може бити директан доказ да исхрана директно утиче на процес пролиферације.

Да би тестирали ову хипотезу, научници су спровели фармаколошки тест у којем су блокирали прогресију ћелијског циклуса користећи хидроксиуреу (ЦХ4Н2О2), инхибитор ћелијског циклуса који изазива заустављање Г1. Као резултат ове интервенције, ћелије С-фазе које су претходно откривене коришћењем ЕдУ нестале (3I-3L). Дакле, медузе које су биле изложене ЦХ4Н2О2 нису показале телесни раст, за разлику од контролне групе (КСНУМКСМ).

Следећа фаза студије била је детаљна студија гранања пипака медуза како би се потврдила претпоставка да локална пролиферација ћелија у пипцима доприноси њиховој морфогенези.

Слика бр. 4: ефекат локалне пролиферације на раст и гранање пипака медузе.

Пипци младе медузе имају једну грану, али се временом њихов број повећава. У лабораторијским условима, гранање се повећало 3 пута деветог дана посматрања (КСНУМКСА и КСНУМКСС).

Опет, када је коришћен ЦХ4Н2О2, није примећено гранање пипака, већ само једна грана (4B и 4C). Занимљиво је да је уклањање ЦХ4Н2О2 из тела медузе обновило процес гранања пипака, што указује на реверзибилност интервенције лека. Ова запажања јасно указују на важност пролиферације за развој пипака.

Цнидариани не би били книдарци без нематоцита (цнидоцитес, тј., цнидарианс). Код врсте медуза Цлитиа хемиспхаерица, матичне ћелије у луковицама пипака снабдевају нематоцисте на врховима пипака управо због пролиферације ћелија. Наравно, научници су одлучили да тестирају и ову изјаву.

Да би се открила било каква веза између нематоциста и пролиферације, коришћена је нуклеарна боја за бојење која може да обележи поли-γ-глутамат синтетизован у зиду нематоцисте (ДАПИ, тј. 4′,6-диамидино-2-фенилиндол).

Бојење поли-γ-глутаматом нам је омогућило да проценимо величину нематоцита, у распону од 2 до 110 μм2 (4D-4G). Идентификован је и велики број празних нематоциста, односно, такви нематоцити су исцрпљени (4D-4G).

Пролиферациона активност у пипцима медузе тестирана је проучавањем шупљина у нематоцитима након блокирања ћелијског циклуса са ЦХ4Н2О2. Удео празних нематоцита код медуза након интервенције лека био је већи него у контролној групи: 11.4% ± 2.0% код медуза из контролне групе и 19.7% ± 2.0% код медуза са ЦХ4Н2О2 (4D-4G и 4H). Сходно томе, чак и након исцрпљености, нематоцити настављају да се активно снабдевају пролиферационим прогениторским ћелијама, што потврђује утицај овог процеса не само на развој пипака, већ и на нематогенезу у њима.

Најзанимљивија фаза била је проучавање регенеративних способности медуза. Узимајући у обзир високу концентрацију пролиферативних ћелија у луковици пипака зреле медузе Цладонема, научници су одлучили да проучавају регенерацију пипака.

Слика бр. 5: ефекат пролиферације на регенерацију пипака.

Након дисекције пипака у основи, примећен је процес регенерације (5A-5D). Током прва 24 сата дошло је до зарастања у пределу реза (5B). Другог дана посматрања врх је почео да се издужује и појавиле су се гране (КСНУМКСС). Петог дана, пипак је био потпуно разгранат (5D), стога, регенерација пипака може пратити нормалну морфогенезу пипака након истезања.

Да би боље проучили почетну фазу регенерације, научници су анализирали дистрибуцију пролиферирајућих ћелија користећи ПХ3 бојење за визуелизацију митотичких ћелија.

Док су ћелије које се деле често примећене у близини ампутираног подручја, митотичке ћелије су распршене у неисеченим контролним сијалицама са пипцима (5E и 5F).

Квантификација ПХ3-позитивних ћелија присутних у луковицама пипака открила је значајно повећање ПХ3-позитивних ћелија у луковицама пипака ампутираних у поређењу са контролама (5G). Као закључак, почетни регенеративни процеси су праћени активним повећањем пролиферације ћелија у сијалицама пипака.

Ефекат пролиферације на регенерацију тестиран је блокирањем ћелија са ЦХ4Н2О2 након одсецања пипака. У контролној групи, издужење пипака након ампутације одвијало се нормално, како се очекивало. Али у групи на коју је примењен ЦХ4Н2О2 није дошло до издужења, упркос нормалном зарастању рана (5H). Другим речима, у сваком случају ће доћи до излечења, али је пролиферација неопходна за правилну регенерацију пипака.

Коначно, научници су одлучили да проуче пролиферацију код других врста медуза, наиме Цитаеис и Ратхкеа.

Слика #6: Поређење пролиферације код медуза Цитаеис (лево) и Ратхкеа (десно).

У Цитаеис Медуса ЕдУ-позитивне ћелије су примећене у манубријуму, луковицама пипака и горњем делу кишобрана (КСНУМКСА и КСНУМКСВ). Локација идентификованих ПХ3-позитивних ћелија у Цитаеис веома сличан Цладонема, међутим, постоје неке разлике (6C и 6D). Али код Ратхкеа ЕдУ-позитивне и ПХ3-позитивне ћелије пронађене су скоро искључиво у пределу луковица манубријума и пипака (6E-6H).

Такође је занимљиво да су у бубрезима медуза често откривене ћелије које се размножавају Ратхкеа (6E-6G), што одражава асексуални тип репродукције ове врсте.

Узимајући у обзир добијене информације, може се претпоставити да се пролиферација ћелија јавља у луковицама пипака не само код једне врсте медуза, иако постоје разлике због разлика у физиологији и морфологији.

За детаљније упознавање са нијансама студије, препоручујем да погледате саопштавају научници.

Епилог

Један од мојих омиљених књижевних ликова је Херкул Поаро. Проницљиви детектив је увек обраћао посебну пажњу на ситне детаље за које су други сматрали да су неважни. Научници су у великој мери као детективи, који прикупљају све доказе које могу да пронађу како би одговорили на сва питања истраге и открили „кривца“.

Колико год то звучало очигледно, регенерација ћелија медуза је директно повезана са пролиферацијом – интегралним процесом у развоју ћелија, ткива и, као последица тога, читавог организма. Детаљније проучавање овог свеобухватног процеса омогућиће нам да боље разумемо молекуларне механизме који су у његовој основи, што ће заузврат проширити не само опсег нашег знања, већ и директно утицати на наше животе.

петак ван врха:

Марш медуза врсте Аурелије, узнемирен предатором необичног назива „медуза од печених јаја“, тј. медуза са печеним јајима (Планета Земља, преко Дејвида Атенбороа).

Није медуза, али ово дубокоморско створење (великоусти пеликан) се не фотографише често (реакција истраживача је једноставно дирљива).

Хвала на гледању, будите радознали и угодан викенд свима! 🙂

Хвала вам што сте остали са нама. Да ли вам се свиђају наши чланци? Желите да видите још занимљивијег садржаја? Подржите нас тако што ћете наручити или препоручити пријатељима, 30% попуста за кориснике Хабра на јединствени аналог сервера почетног нивоа, који смо ми измислили за вас: Цела истина о ВПС (КВМ) Е5-2650 в4 (6 језгара) 10ГБ ДДР4 240ГБ ССД 1Гбпс од 20 долара или како делити сервер? (доступно са РАИД1 и РАИД10, до 24 језгра и до 40 ГБ ДДР4).

Делл Р730кд 2 пута јефтинији? Само овде 2 к Интел ТетраДеца-Цоре Ксеон 2к Е5-2697в3 2.6ГХз 14Ц 64ГБ ДДР4 4к960ГБ ССД 1Гбпс 100 ТВ од 199 УСД у Холандији! Делл Р420 - 2к Е5-2430 2.2Гхз 6Ц 128ГБ ДДР3 2к960ГБ ССД 1Гбпс 100ТБ - од 99 долара! Читали о Како изградити инфраструктурну корпорацију. класе уз коришћење Делл Р730кд Е5-2650 в4 сервера у вредности од 9000 евра за пени?

Извор: ввв.хабр.цом