Ενώ οι άνθρωποι μπορούν να αντικαταστήσουν τακτικά ορισμένα κύτταρα, όπως αυτά του αίματος και του εντέρου, δεν μπορούμε να αναγεννήσουμε φυσιολογικά τα περισσότερα άλλα μέρη του σώματος. Για παράδειγμα, όταν τα μικροσκοπικά αισθητήρια κύτταρα του εσωτερικού αυτιού μας υποστούν βλάβη, το αποτέλεσμα είναι συχνά μόνιμη απώλεια ακοής, κώφωση ή προβλήματα ισορροπίας.
Αντίθετα, ζώα όπως τα ψάρια, οι βάτραχοι και τα κοτόπουλα αναγεννούν τα αισθητήρια κύτταρα χωρίς καμία δυσκολία.
Τώρα, επιστήμονες του Ινστιτούτου Ιατρικής Έρευνας Stowers έχουν εντοπίσει πώς δύο διαφορετικά γονίδια καθοδηγούν την αναγέννηση των αισθητηρίων κυττάρων στο ψάρι ζέβρα. Η ανακάλυψη βελτιώνει την κατανόησή μας για τον τρόπο λειτουργίας της αναγέννησης σε αυτό και μπορεί να καθοδηγήσει μελλοντικές μελέτες για την απώλεια ακοής και την αναγεννητική ιατρική στα θηλαστικά, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων.
«Τα θηλαστικά, όπως εμείς, δεν μπορούν να αναγεννήσουν τα τριχωτά κύτταρα στο εσωτερικό αυτί», δήλωσε η Tatjana Piotrowski, Ph.D., ερευνήτρια του Stowers και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Καθώς γερνάμε ή εκτίθεμαστε σε παρατεταμένο θόρυβο, χάνουμε την ακοή και την ισορροπία μας».
Νέα έρευνα από το εργαστήριο της Piotrowski, που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications , επιδιώκει να κατανοήσει πώς ρυθμίζεται η κυτταρική διαίρεση τόσο για την προώθηση της αναγέννησης των τριχωτών κυττάρων όσο και για τη διατήρηση μιας σταθερής παροχής βλαστικών κυττάρων. Με επικεφαλής τον πρώην ερευνητή του Stowers, Mark Lush, Ph.D., η ομάδα ανακάλυψε ότι δύο διαφορετικά γονίδια που ρυθμίζουν την κυτταρική διαίρεση ελέγχουν το καθένα την ανάπτυξη δύο βασικών τύπων αισθητηριακών κυττάρων υποστήριξης στο ψάρι ζέβρα. Η ανακάλυψη αυτή μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να μελετήσουν εάν παρόμοιες διαδικασίες θα μπορούσαν να ενεργοποιηθούν σε ανθρώπινα κύτταρα στο μέλλον.
«Κατά τη διάρκεια της φυσιολογικής συντήρησης και αναγέννησης των ιστών, τα κύτταρα πρέπει να πολλαπλασιάζονται για να αντικαταστήσουν τα κύτταρα που πεθαίνουν ή αποβάλλονται. Ωστόσο, αυτό λειτουργεί μόνο εάν υπάρχουν υπάρχοντα κύτταρα που μπορούν να διαιρούνται για να τα αντικαταστήσουν», δήλωσε ο Piotrowski. «Για να κατανοήσουμε πώς ρυθμίζεται ο πολλαπλασιασμός, πρέπει να κατανοήσουμε πώς τα βλαστοκύτταρα και οι απόγονοί τους γνωρίζουν πότε να διαιρούνται και σε ποιο σημείο να διαφοροποιηθούν».
Τα ψάρια ζέβρα είναι ένα εξαιρετικό σύστημα για τη μελέτη της αναγέννησης. Σε ευθεία γραμμή από το κεφάλι μέχρι την ουρά τους βρίσκονται αισθητήρια όργανα που ονομάζονται νευρομάστες. Κάθε νευρομάστης μοιάζει με σκόρδο με «τριχωτά κύτταρα» που βγαίνουν από την κορυφή του. Μια ποικιλία υποστηρικτικών κυττάρων περιβάλλει τον νευρομάστη για να δημιουργήσει νέα τριχωτά κύτταρα. Αυτά τα αισθητήρια κύτταρα, που βοηθούν τα ζεβράκια να ανιχνεύουν την κίνηση του νερού, μοιάζουν πολύ με αυτά του εσωτερικού αυτιού του ανθρώπου.
Επειδή τα ψάρια ζέβρα είναι διαφανή κατά τη διάρκεια της ανάπτυξής τους και έχουν προσβάσιμα αισθητήρια όργανα, οι επιστήμονες μπορούν να απεικονίσουν, καθώς και να αλληλουχίσουν και να τροποποιήσουν γενετικά, κάθε νευρομάστη. Αυτό τους επιτρέπει να ερευνήσουν τους μηχανισμούς ανανέωσης των βλαστικών κυττάρων, τον πολλαπλασιασμό των προγονικών κυττάρων - άμεσων προδρόμων των τριχωτών κυττάρων - και την αναγέννηση των
Τα γονίδια cyclinD
«Μπορούμε να χειριστούμε τα γονίδια και να ελέγξουμε ποια είναι σημαντικά για την αναγέννηση», δήλωσε ο Piotrowski. «Κατανοώντας τον τρόπο με τον οποίο αναγεννιούνται αυτά τα κύτταρα στα ψάρια ζέβρα, ελπίζουμε να προσδιορίσουμε γιατί δεν συμβαίνει παρόμοια αναγέννηση στα θηλαστικά και αν θα είναι δυνατό να ενθαρρύνουμε αυτή τη διαδικασία στο μέλλον».
Δύο βασικοί πληθυσμοί υποστηρικτικών κυττάρων συμβάλλουν στην αναγέννηση εντός των νευρομάστων: τα ενεργά βλαστοκύτταρα στην άκρη του νευρομάστη και τα προγονικά κύτταρα κοντά στο κέντρο. Αυτά τα κύτταρα διαιρούνται συμμετρικά, γεγονός που επιτρέπει στο νευρομάστη να παράγει συνεχώς νέα τριχοειδή κύτταρα χωρίς να εξαντλεί τα βλαστικά κύτταρά του. Η ομάδα χρησιμοποίησε μια τεχνική αλληλούχισης για να προσδιορίσει ποια γονίδια ήταν ενεργά σε κάθε τύπο και βρήκε δύο διαφορετικά γονίδια cyclinD που υπήρχαν μόνο στον έναν ή στον άλλο πληθυσμό.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές τροποποίησαν γενετικά κάθε γονίδιο στους πληθυσμούς των βλαστικών και των προγονικών κυττάρων. Ανακάλυψαν ότι τα διαφορετικά γονίδια cyclinD ρύθμιζαν ανεξάρτητα την κυτταρική διαίρεση των δύο τύπων κυττάρων.
«Όταν καταστήσαμε ένα από αυτά τα γονίδια μη λειτουργικό, μόνο ένας πληθυσμός σταμάτησε να διαιρείται», είπε ο Piotrowski. «Αυτό το εύρημα δείχνει ότι διαφορετικές ομάδες κυττάρων μέσα σε ένα όργανο μπορούν να ελέγχονται ξεχωριστά, κάτι που μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν την κυτταρική ανάπτυξη σε άλλους ιστούς, όπως το έντερο ή το αίμα».
Τα προγονικά κύτταρα που δεν είχαν το γονίδιο cyclinD ειδικό για τον τύπο κυττάρου τους δεν πολλαπλασιάστηκαν, ωστόσο σχημάτισαν ένα τριχωτό κύτταρο, αποσυνδέοντας την κυτταρική διαίρεση από τη διαφοροποίηση.
Αξίζει να σημειωθεί ότι, όταν το γονίδιο cyclinD που είναι ειδικό για τα βλαστικά κύτταρα τροποποιήθηκε ώστε να λειτουργεί στα προγονικά κύτταρα, η κυτταρική διαίρεση των προγονικών κυττάρων αποκαταστάθηκε. Ο David Raible, Ph.D., καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον που μελετά το αισθητήριο σύστημα της πλευρικής γραμμής του ζεβραψιού, σχολίασε τη σημασία της νέας μελέτης. «Αυτή η εργασία φωτίζει έναν κομψό μηχανισμό για τη διατήρηση των βλαστικών κυττάρων των νευρομάστων, ενώ προάγει την αναγέννηση των τριχωτών κυττάρων.
Μπορεί να μας βοηθήσει να διερευνήσουμε αν υπάρχουν παρόμοιες διαδικασίες ή αν μπορούν να ενεργοποιηθούν στα θηλαστικά».
Επειδή τα γονίδια cyclinD ρυθμίζουν επίσης τον πολλαπλασιασμό σε πολλά ανθρώπινα κύτταρα, όπως αυτά του εντέρου και του αίματος, τα ευρήματα της ομάδας μπορεί να έχουν επιπτώσεις πέρα από την αναγέννηση των τριχοειδών κυττάρων.
«Οι γνώσεις που θα αποκτηθούν από την αναγέννηση των τριχοειδών κυττάρων του ψαριού ζέβρα θα μπορούσαν τελικά να συμβάλουν στην έρευνα για άλλα όργανα και ιστούς, τόσο εκείνα που αναγεννώνται φυσικά όσο και εκείνα που δεν αναγεννώνται», δήλωσε η Piotrowski.
