Регуляторный элемент рыбки данио усиливает регенеративный потенциал конечностей мыши

Утрата конечностей остается серьезной клинической проблемой — она снижает качество жизни людей, и существующие методы протезирования не позволяют полноценно восстановить чувствительность и функцию утраченной части тела. Методы регенеративной медицины, такие как генная терапия, могли бы стимулировать эндогенные программы регенерации, однако молекулярные мишени для такого подхода охарактеризованы недостаточно. Авторы статьи в PNAS выявили консервативные транскрипционные факторы, которые управляют регенерацией тканей, и показали, что через их сигнальный путь можно улучшить восстановление поврежденного пальца у мыши. 

Опыты проводили на трех модельных видах, по-разному способных к регенерации — данио-рерио, аксолотлях и мышах. Ученые проанализировали транскриптомный профиль кератиноцитов в плавнике данио-рерио при регенерации. Они описали сигнальный путь, управляемый транскрипционными факторами SP. Эти белки экспрессируются в эпидермисе и контролируют регенерацию конечностей. Секвенирование РНК единичных клеток, полученных из регенерирующей лапы аксолотля или кончика пальца мыши, подтвердило участие факторов транскрипции Sp6 и Sp8 в этом процессе и указало на их консервативность.

Чтобы убедиться в роли Sp8, ученые получили рыбок, аксолотлей и мышей с нокаутом этого гена. На регенерацию хвостового плавника данио-рерио это не повлияло, а вот у аксолотлей с нокаутом Sp8 нарушалось формирование дистальных элементов скелета после ампутации лапы на уровне предплечья (через лучевую и локтевую кость). Также регенерация кончика пальца нарушалась у нокаутных по Sp8 мышей. 

Ученые подробнее проанализировали функцию Sp6 и Sp6 в регенерации кончика пальца мыши. С помощью секвенирования РНК они установили, что при нокауте этих генов нарушается сигнальный путь, стимулирующий дифференцировку остеокластов — клеток, которые отвечают за резорбцию кости. Эта остеокластогенная программа опосредована IL-17 и, по-видимому, требуется для нормальной регенерации кончика пальца мыши. 

Один из опробованных ранее способов стимулировать восстановление поврежденной ткани у млекопитающих — это вирусная доставка факторов регенерации вместе с регуляторным элементом, усиливающим регенерацию тканей у данио-рерио (TREE). Авторы работы получили аденоассоциированный вирусный вектор, который содержал фактор роста фибробластов 8 (FGF8) — известную мишень факторов семейства Sp — и TREE. Экспрессия этого конструкта частично восстанавливала регенерацию кончика пальца у мышей с нокаутом Sp8, а также ускоряла ее у мышей дикого типа. 

Работа демонстрирует, что генную терапию для на регенерации утраченных конечностей можно нацелить на консервативные факторы семейства Sp, которые отвечают за этот процесс, и их клеточные мишени.

Регенерации у млекопитающих препятствуют жесткость внеклеточного матрикса и кислород