Пресс-центр / новости / Наука /
Секретируемая дисульфид изомераза Ag1, утраченная предками слабо-регенерирующих позвоночных, необходима для регенерации хвоста головастиков Xenopus laevis
Как известно, в отличие от холоднокровных, теплокровные не способны регенерировать такие сложные структуры, как конечность или хвост. Ранее сотрудники Лаборатории Молекулярных основ эмбриогенеза ИБХ РАН выдвинули гипотезу о связи между ослаблением регенеративных способностей у теплокровных и утратой у них некоторых генов, регулирующих регенерацию у холоднокровных. В поддержку гипотезы было показано, что среди немногочисленных генов, утраченных теплокровными позвоночными, действительно есть гены-регуляторы регенерации, в частности ген секретируемой дисульфид изомеразы Ag1. Сильная активация ag1 на 1 и 2 день после ампутации хвоста у головастиков Xenopus laevis указывала на важное значение этого гена в запуске регенерационных процессов. В работе показано, что нокдаун ag1 снижает способность к регенерации, которая восстанавливается при введении синтетической мРНК, кодирующей Ag1, или добавлении рекомбинантного белка в среду с головастиками.
Araslanova KR,
Ранее проведенный филогенетический анализ генов семейства секретируемых дисульфид изомераз Agr у позвоночных показал, что оно состоит из трех групп генов, Ag1, Agr2 и Agr3. Гены групп agr2 и agr3 представлены среди всех классов позвоночных, в отличие от генов группы ag1, которые присутствуют только у хорошо регенерирующих холоднокровных животных (Рис. 1 А). В данной работе мы применили несколько методик подавления экспрессии генов ag1 и agr2 в хвостах головастиков Xenopus laevis и показали, что регенерация всех тканей хвоста блокируется при нарушении работы этих генов. Подавление их экспрессии в клетках ампутированных хвостов головастиков сопровождалось ингибированием экспрессии генов-регуляторов сигнальных каскадов, важных для регенерации (Fgf20, Msx1, Wnt5), подавлением пролиферации клеток и экспрессии генов регуляторов клеточного цикла (cyclinD1, CDK4, cdca9), однако не влияло на апоптотическую активность клеток. Этот блок данных подтверждает важную роль данных генов в регуляции регенерации и говорит в пользу того, что утрата одного из этих важных регуляторов, а именно ag1, предками теплокровных животных, могла повлиять на изменения в эффективности регенерации у последних.
Известно, что у головастиков шпорцевой лягушки есть период развития, называемый рефрактерным периодом, когда способность головастика к регенерации сильно подавлена и сопровождается блокированием экспрессии генов ag1 и agr2 в ответ на ампутацию хвоста. В связи с этим, было интересно проверить, можно ли, искусственно повысив концентрацию белков Ag1 и Agr2 в тканях хвоста головастиков, восстановить у них способность к регенерации хвоста в рефрактерном периоде. Действительно, было установлено, что головастики с искусственно усиленной экспрессией ag1 или agr2, намного эффективнее регенерировали хвосты при ампутации в рефрактерный период по сравнению с головастиками дикого типа. Более того, инкубация головастиков в среде содержащей рекомбинантные белки Ag1 или Agr2, также приводила к увеличению процента нормально регенерирующих хвостов головастиков в 5-6 раз (Рис.1 Б). Полученные данные представляют особый интерес для регенеративной медицины и требуют дальнейших исследований с применением модельных систем по регенерации млекопитающих.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (№ 20-34-70058, № 18-29-07014 и № 20-04-00675) и опубликована в журнале Frontiers in Cell and Developmental Biology.
Рисунок 1
6 октября 2021 года