Стволовые клетки пятнистого оленя построили на лбу у лабораторной мыши что-то вроде оленьего рога.

Когда речь заходит о регенерации тканей, то безусловными чемпионами считают кишечнополостных гидр и плоских червей планарий. Гидры и планарии могут восстановить у себя всё, что угодно, любую часть тела. Но от нас они отстоят в эволюционном смысле всё-таки довольно далеко. Ещё есть аксолотли, тритоны и ящерицы. Аксолотли, личинки амбистомовых саламандр, могут регенерировать очень многое: утраченную ногу, глаз, сердце. У тритонов отрастает откушенная нога, у ящериц — хвост. Когда ищут способ пробудить регенеративные способности человеческого организма, то обычно обращаются к ящерицам и тритонам.

(Фото: Livin4wheel / Unsplash.com)

На самом деле, мы тоже может многое регенерировать, например, печень — у нас она может отрастить едва ли не 75% своей массы. Восстанавливаются у человека также поджелудочная железа, почки и лёгкие, хотя их способности к регенерации сильно уступают печёночной (имеется в виду именно восстановление органа, а не просто замена погибших клеток новыми). Однако потерянные конечности у людей обратно не вырастают. Наш организм очень плохо восстанавливает кости, поэтому исследователи так старательно изучают тритонов, аксолотлей и ящериц, которые не просто наращивают костную массу, но наращивают её нужной формы и с правильными суставами. Хотя и они от нас эволюционно далековаты — это ведь амфибии и рептилии, а никакие не млекопитающие.

Впрочем, среди зверей есть примеры правильного наращивания костной ткани. Во-первых, мыши: если мышь потеряет фалангу на пальце передней лапы, она отрастёт у неё обратно. Во-вторых, олени: они каждый год меняют рога, сбрасывая старые и отращивая новые. Растущие рога покрыты кожей и пронизаны кровеносными сосудами и нервами, и хотя потом они окостеневают и мертвеют, изначально они представляют сложную конструкцию с клетками разных тканей.

Растущие ноги, хвосты и рога начинают расти из бластемы — клеточной массы неспециализированных клеток, из которых потом возникают восстанавливающиеся ткани. Сотрудники Северо-западного политехнического университета в Сиане, Цзилиньского сельскохозяйственного университета и других научных центров Китая описывают в Science клеточный атлас растущих рогов пятнистого оленя. Исследователи анализировали активность генов в отдельных клетках развивающейся бластемы рогов в течение двадцати дней. Всего таких клеток набралось без малого 75 тысяч (в прошлом году мы подробно рассказывали, как и зачем составляются подобные «одноклеточные» атласы.)

В итоге среди стволовых клеток в рогах удалось вычленить две группы клеток, которые по молекулярному портрету отличалась от других и с которых, собственно, начинались новые рога. Количество клеток первой группы резко увеличивалось за десять дней до того, как олень сбрасывал старые рога — то есть к отращиванию новых клеточный аппарат готовился загодя. Через пять дней после сбрасывания рогов эти клетки создавали новую группу стволовых клеток, которые по активности генов отличались от предшественников. Ещё через пять дней вторая группа стволовых клеток начинала генерировать клетки кости и хряща.

Исследователи не просто составляли атлас клеток, они также пытались выяснить, могут ли стволовые клетки оленьих рогов быть похожи на стволовые клетки других животных. В чём-то клетки оленей по генетической активности были похожи на клетки лягушек и аксолотлей, но больше всего сходства у них было всё-таки с клетками мышей, которые восстанавливают у них фаланги пальцев. Сходство оленьих и мышиных клеток оказалось столь велико, что когда оленьи клетки второй группы пересаживали на лоб мышам, у мышей через сорок пять дней вырастал рог, похожий по строению на олений. Никакие стволовые клетки мышей в этом не участвовали, рог вырастал только за счёт клеток оленя, а именно за счёт второй группы стволовых клеток, которая образуется из первой и которая непосредственно даёт начало костям и хрящу (хотя питательные вещества оленьи клетки получали, разумеется, от мыши).

 Фото: Qin, T. et al. Science (2023)

То, что клетки оленя росли в мыши, подтверждает молекулярно-клеточное сходство процессов регенерации у разных видов млекопитающих: стволовые клетки, оказавшись в совсем другом виде, тем не менее, смогли заняться своим привычным делом. Возможно, стволовые клетки рогов оленей помогут решить медицинскую проблему с восстановлением костей и хрящей. Вряд ли, конечно, пациентам будут пересаживать клетки оленей на место ампутированных пальцев, рук или ног. Однако наши собственные стволовые клетки можно будет модифицировать по оленьему образцу, чтобы они продолжали делиться, претерпевая все необходимые превращения и создавая кости и хрящи нужной формы.