Люди могут обновлять некоторые клетки — например, в крови или кишечнике — но большинство тканей тела не восстанавливаются сами.

Если повреждаются волосковые клетки внутреннего уха, отвечающие за слух и равновесие, это часто приводит к необратимой глухоте или проблемам с координацией. А вот рыбы, лягушки и цыплята отращивают такие клетки без труда.

Ученые из Института медицинских исследований Стоуэрс выяснили, как два разных гена управляют регенерацией сенсорных клеток у рыбок данио.

Это открытие не только объясняет, как работает восстановление у рыб, но и может помочь в исследованиях по лечению потери слуха у людей.

Млекопитающие, включая человека, не могут восстанавливать волосковые клетки внутреннего уха, — говорит Татьяна Пиотровски, соавтор исследования. — С возрастом или из-за постоянного шума мы теряем слух и устойчивость.

Новое исследование лаборатории Пиотровски, опубликованное в журнале Nature Communications, показывает, как деление клеток регулируется так, чтобы и восстанавливать волосковые клетки, и поддерживать запас стволовых клеток.

Ученые обнаружили, что два разных гена контролируют рост двух типов клеток-помощников у данио. Возможно, в будущем это знание поможет «разбудить» аналогичные процессы в человеческих клетках.

Чтобы ткань обновлялась, клетки должны делиться, заменяя погибшие, — объясняет Пиотровски. — Но это работает, только если есть клетки, способные делиться. Нам важно понять, как стволовые клетки «решают», когда делиться, а когда превращаться в специализированные клетки.

Данио — идеальный объект для изучения регенерации. Вдоль их тела расположены сенсорные органы — нейромасты, похожие на луковицы с «волосками».

Нейромасты — миниатюрные сенсорные органы у рыб, расположенные вдоль тела. Состоят из волосковых клеток, которые улавливают движение воды. Похожи на клетки внутреннего уха человека, но находятся снаружи, что делает их удобными для изучения.

Прозрачность данио на ранних стадиях развития позволяет ученым наблюдать за каждой клеткой, редактировать гены и изучать, как работают стволовые клетки и их потомки.

Мы можем отключать гены и смотреть, какие важны для регенерации, — говорит Пиотровски. — Понимая, как это происходит у рыб, мы надеемся выяснить, почему у млекопитающих такой способности нет, и можно ли ее активировать.

В нейромастах есть два типа клеток, которые участвуют в регенерации:

• Стволовые клетки на краю органа — они делятся, сохраняя запас.
• Клетки-предшественники в центре — они превращаются в волосковые клетки.

Ученые обнаружили, что у каждого типа своя версия гена cyclinD, управляющего делением. Когда один ген «выключали», делиться переставала только одна группа клеток.

Интересно, что даже без деления клетки-предшественники могли становиться волосковыми. А если в них «включали» ген стволовых клеток, деление восстанавливалось.

Этот механизм позволяет сохранять запас стволовых клеток, но при этом восстанавливать волоски, — комментирует Дэвид Райбл из Университета Вашингтона. — Теперь мы можем проверить, работает ли что-то  подобное у млекопитающих.

Поскольку гены cyclinD есть и у человека — например, в клетках крови и кишечника — открытие может пригодиться не только для лечения глухоты.

Изучая регенерацию у рыб, мы, возможно, найдем ключи к восстановлению других тканей, — заключает Пиотровски.

Это исследование — шаг к решению двух проблем:

1. Потеря слуха. Если удастся «включить» аналогичные гены у человека, можно будет восстанавливать волосковые клетки уха, предотвращая глухоту из-за старения или шума.
2. Общая регенерация тканей. Механизмы, открытые у данио, могут помочь в лечении повреждений кишечника, крови или даже нервной системы, где способность к восстановлению критически важна.

Пока это фундаментальная наука, но она закладывает основу для будущей терапии.

Исследование сосредоточено на рыбах, чья биология сильно отличается от человеческой.

Например:

• У данио нейромасты расположены снаружи, а у людей — глубоко в ухе, что усложняет доступ.
• Млекопитающие в ходе эволюции «пожертвовали» регенерацией ради более сложного иммунного ответа — попытки разбудить эти гены могут привести к неконтролируемому росту клеток (например, опухолям).

Пока неясно, можно ли перенести эти механизмы на человека без побочных эффектов.

Ранее ученые нашли гены, отвечающие за регенерацию печени.