Danio pręgowany potrafi w pełni zastąpić uszkodzone komórki mięśnia sercowego, przywracając narządowi pełną funkcjonalność. Jak to osiąga? Naukowcy z Uniwersytetu w Ulm odkryli, że kluczową rolę odgrywa tu specyficzny sygnał komunikacji międzykomórkowej, który pomaga organizmowi radzić sobie ze stresem replikacyjnym. Ten rodzaj stresu pojawia się podczas podziału komórek i hamuje zdolności regeneracyjne tkanek u ludzi oraz innych ssaków wraz z wiekiem. U danio pręgowanego natomiast specjalne białko sygnałowe umożliwia niezakłóconą proliferację komórek w uszkodzonym organie. Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Communications.
U ludzi zawał serca często prowadzi do trwałych uszkodzeń, ponieważ dotknięta tkanka nie ma zdolności pełnej regeneracji. Tymczasem danio pręgowany potrafi kompensować urazy serca obejmujące nawet jedną trzecią jego objętości. „Kluczowe dla skutecznej regeneracji uszkodzonej tkanki jest odpowiednie tempo podziałów kardiomiocytów” – wyjaśnia prof. Gilbert Weidinger z Instytutu Biochemii i Biologii Molekularnej (iBMB) Uniwersytetu w Ulm. Jego zespół badawczy odkrył, że sukces regeneracyjny danio pręgowanego wynika z obecności specyficznego sygnału komunikacji międzykomórkowej – białka BMP. To właśnie ono pomaga rybom w radzeniu sobie ze stresem replikacyjnym.
Stres replikacyjny hamuje regenerację u ludzi, ale nie u danio pręgowanego
Podczas podziału komórki DNA ulega replikacji, co może prowadzić do powstania stresu replikacyjnego. Objawia się on uszkodzeniami DNA, pęknięciami nici lub niedoborem nukleotydów, co spowalnia lub całkowicie zatrzymuje proces replikacji. W efekcie komórki nie mogą się dzielić, a tkanka traci zdolność regeneracji. „Nasze badania wykazały, że także komórki danio pręgowanego doświadczają stresu replikacyjnego przy odbudowie uszkodzonej tkanki, jednak znacznie lepiej sobie z nim radzą” – wyjaśnia prof. Weidinger. Kluczową rolę odgrywa tu białko sygnałowe BMP (Bone Morphogenetic Protein), które jest elementem szlaku regulacyjnego uczestniczącego w embriogenezie i rozwoju narządów. Molekuły BMP działają lokalnie na sąsiednie komórki, wspierając ich regeneracyjne zdolności. „Nawet jeśli uraz obejmuje do jednej trzeciej komórek mięśnia sercowego, danio pręgowany potrafi w ciągu 30 dni całkowicie odbudować pierwotną liczbę kardiomiocytów” – podkreśla Denise Posadas Pena, doktorantka i współautorka publikacji w Nature Communications.
Nowe perspektywy terapii regeneracyjnych u ludzi
Badacze z Uniwersytetu w Ulm wykazali także, że zdolność do regeneracji można znacząco poprawić w ludzkich komórkach. Eksperymentalnie przetestowali oni wpływ sygnałów BMP na hematopoetyczne komórki macierzyste oraz komórki skóry. Poddane działaniu stresu replikacyjnego, komórki te były chronione dzięki obecności BMP. „Nasze odkrycia mogą przyczynić się do opracowania nowych metod terapeutycznych, wspomagających regenerację tkanek i umożliwiających ich samodzielne gojenie” – dodaje prof. Weidinger.
„Uzyskane wyniki sugerują, że regenerujące się serca danio pręgowanego mogą stać się modelem do badań nad procesami starzenia. Mogą pomóc nam zidentyfikować czynniki łagodzące, a być może nawet odwracające procesy degeneracyjne” – mówi prof. Hartmut Geiger, ekspert ds. komórek macierzystych i dyrektor Instytutu Medycyny Molekularnej w Ulm. W badaniach uczestniczyli naukowcy z Niemiec (Ulm, Bonn, Heidelberg), Włoch (Bolonia), Wielkiej Brytanii (Oxford) i Szwajcarii (Zurych). Projekt został sfinansowany w ramach specjalnego programu badawczego SFB 1506 „Aging at Interfaces”.
Źródło: Universität Ulm
