Медузы подсказали биологам путь к заживлению ран без рубцов
Ученые выяснили, как небольшие морские медузы Clytia hemisphaerica способны затягивать повреждения всего за несколько минут, не оставляя рубцов. Исследование, опубликованное в журнале Molecular Biology of the Cell, может помочь лучше понять фундаментальные механизмы восстановления тканей и в будущем приблизить создание новых методов лечения ран у человека.
Почему медузы заинтересовали ученых
Работа началась еще десять лет назад, когда доцент Чикагского университета Джоселин Малами впервые увидела под микроскопом, как клетки медузы буквально «ползут» навстречу друг другу, закрывая повреждение. По ее словам, этот процесс происходит настолько быстро, что небольшие раны исчезают за считаные минуты, а более крупные — менее чем за час.
При этом, в отличие от человека, у медуз не образуется рубцовая ткань.
«Заживление у медуз больше похоже на эмбриональное заживление, которое происходит без образования рубцов», — говорит Малами.
Идеальная модель для изучения восстановления тканей
Clytia hemisphaerica — прозрачная медуза размером примерно с монету. Большую часть жизни этот вид проводит вовсе не в форме медузы, а в виде колонии полипов, прикрепленной к камням или другим подводным поверхностям. Медузы появляются лишь на этапе размножения и живут всего несколько месяцев.
Прозрачность делает этих животных особенно удобными для исследований. Ученые могут в реальном времени наблюдать, как движутся клетки внутри живого организма. Кроме того, у медуз нет сложной иммунной системы, которая у позвоночных вызывает воспаление и затрудняет изучение самых ранних этапов восстановления тканей.
Исследователей особенно интересует эпителий — слой клеток, покрывающий поверхность тела и выстилающий внутренние органы. Именно он первым восстанавливается после большинства повреждений.
«Когда вы смотрите на эти эпителиальные клетки, вы бы и не догадались, что это медуза. Это может быть любой слой плоских эпителиальных клеток. Это дает надежду, что знания о медузах помогут понять процессы и у других животных», — отмечает Малами.
Как клетки закрывают рану
В новой работе ученые показали, что заживление происходит в два этапа.
Сначала по краям повреждения появляются ламеллиподии — тонкие богатые актином клеточные выросты. Актин — один из основных белков клеточного «скелета», который помогает клеткам менять форму и двигаться. Эти выросты работают как небольшие разведчики: ползут по поверхности ткани и тянут за собой клетки, постепенно закрывая рану.
Авторы обнаружили, что ламеллиподии появляются даже при микроскопических повреждениях внутри одной клетки — раньше этого никто не наблюдал.
Следом включается второй механизм. Позади ламеллиподий формируется актомиозиновый «пояс» — структура из белков актина и миозина, способная сокращаться подобно мышце. Она стягивает края повреждения, завершает закрытие раны и помогает клеткам преодолевать участки, где разрушена базальная мембрана — тонкая белковая прослойка, служащая опорой для эпителия.
Если повреждение слишком велико и клетки не могут дотянуться друг до друга, весь слой эпителия начинает двигаться как единое целое. Благодаря такой коллективной миграции удается закрывать даже большие раны.
«Это поистине элегантный механизм, благодаря которому система может быстро адаптироваться и залечивать всевозможные раны, которые могут возникнуть в природе», — говорит Малами.
Пока ученые знают, как клетки быстро перекрывают повреждение, но остается открытым вопрос, каким образом организм затем полностью возвращает ткани их первоначальную структуру. Ответ на него может оказаться важным не только для биологии медуз, но и для разработки новых способов лечения ран у человека, позволяющих минимизировать образование рубцов.
