Синтез ретінової кислоти покращує регенерацію вух у мишей
Вступ
Регенерація — це здатність відновлювати втрачені або пошкоджені тканини, що є характерною рисою таких видів, як аксолотлі, морські зірки та деякі ящірки. У ссавців ця здатність, на жаль, значною мірою зникла. Нещодавнє дослідження, опубліковане в журналі Science (DOI: 10.1126/science.adp0176) лабораторії Вея Ванга в Національному інституті біологічних наук у Пекіні, показує, що активація одного єдиного гена Aldh1a2 може відновити регенерацію вушних раковин у мишей (Mus musculus). Це відкриття підкреслює ключову роль сигнальної молекули ретиноєвої кислоти (RA) у відновленні тканин і закладає основу для майбутніх терапевтичних стратегій.
Порівняння загоєння ран: Кролики проти Мишей
Команда Ванга провела порівняльний геномний та транскриптомний аналіз загоєння ран у регенеруючих (кролики) та нерегенеруючих (міші) ссавців. Вушна раковина, складна структура, що складається з хряща, судин та сполучної тканини, стала ідеальною моделлю:
- Дні 0–5: Як кролики, так і миші формують бластему — гетерогенний пул прогениторних клітин — на місці ушкодження.
- Дні 10–15: У кроликів отвори вух починають звужуватися та заповнюватися новим хрящем, тоді як рани у мишей зазнають затримки, що призводить до постійних перфорацій.
Профілювання RNA-seq виявило підвищення експресії Aldh1a2 виключно у кроликів. Aldh1a2 кодує фермент ретинальдегідрогеназу 2, який перетворює ретиналь на ретиноєву кислоту, потужний морфоген під час ембріогенезу та формування тканин.
Ін’єкція Ретиноєвої Кислоти Підтверджує Функціональну Роль
Щоб перевірити, чи може доповнення RA відновити регенерацію, команда щодня протягом 14 днів вводила мишам 0,5–1,0 мг/кг транс-ретиноєвої кислоти (ATRA) у рани вух. Основні технічні параметри:
- Розчинник: 10% DMSO в PBS для покращення розчинності.
- Частота введення: кожні 24 години, що відповідає періоду напівжиття RA (~20 годин) в тканинах.
- Контроль: ін’єкції тільки з DMSO не показали жодних ознак відновлення.
Миші, які отримували ATRA, продемонстрували повну регенерацію хряща та епідермісу на 30-й день, що нагадує фенотип кроликів. Це контрастує з польським дослідженням 2022 року, яке не дало результатів, ймовірно, через недостатнє дозування та коротшу тривалість лікування.
Перенесення Регуляторних Елементів за Допомогою CRISPR
Для встановлення причинно-наслідкових зв’язків та тривалої активації дослідники використали CRISPR/Cas9 для впровадження покращувачів, отриманих з кроликів, вище локусу Aldh1a2 у мишей. Основні результати:
- Довжина покращувача: сегменти приблизно 1,2 кб, що містять елементи відповіді на ретиноєву кислоту (RARE).
- Доставка: вектори AAV9, що кодують Cas9 та шаблони для гомологічної рекомбінації, досягли ~40% передачі в зародкову лінію.
- Результат: трансгенні миші показали п’ятикратне збільшення базового рівня RA та автономну регенерацію вушних раковин без екзогенного ATRA.
Механістичні Уявлення та Взаємодії Шляхів
RA діє через ядерні рецептори RARα/β/γ, які гетеродимеризуються з RXR і зв’язуються з RARE для регуляції генетичних мереж. Основні цільові гени включають:
- Гени HOX для позиційної ідентичності.
- Prrx1 для проліферації мезенхімальних клітин.
- Mmp9 для ремоделювання позаклітинного матриксу.
Епігенетичне профілювання (ChIP-seq) показало збагачення H3K27ac на локусах, пов’язаних із регенерацією, лише після індукції RA, підкреслюючи важливість ремоделювання хроматину як критичного етапу.
Терапевтичний Потенціал та Виклики Доставки
Перенесення цієї стратегії в клінічні умови стикається з низкою труднощів:
- Цілеспрямована Доставка: Локальна доставка RA ризикує викликати небажані ефекти; використання наночастинок або гідрогелів може зменшити системну токсичність.
- Оптимізація Дози: Вузький терапевтичний діапазон RA вимагає точного моделювання фармакокінетики.
- Багатогенні Вимоги: Інші шляхи — Wnt/β-катенін, FGF, TGF-β — ймовірно, потребують одночасної модифікації для складної регенерації кінцівок чи органів.
Еволюційні та Екологічні Аспекти
Більшість ссавців втратили регенеративні гени в процесі еволюції. Можливі селективні переваги:
- Швидке загоєння ран знижує ризик інфекцій, але сприяє фіброзу.
- Енергетичні витрати віддають перевагу формуванню рубців замість витратної регенерації.
- Змінені імунні реакції могли еволюціонувати разом з втратою регенерації.
“Розуміння причин, чому регенерація була пригнічена, є важливим, перш ніж ми спробуємо її відновити на широкому рівні”, зазначає доктор Сара Томпсон, еволюційний біолог з Кембриджського університету.
Висновок
Це дослідження виявляє, що реактивація Aldh1a2 та підтримка сигнальної активності ретиноєвої кислоти є достатніми для відновлення регенерації вушних раковин у мишей. Хоча результати обнадійливі, комплексна регенерація органів вимагатиме інтеграції кількох сигнальних шляхів, вдосконалених систем доставки та глибшого розуміння еволюційних аспектів.