Ученые Стэнфордского университета раскрыли механизм уникальной регенерации аксолотлей, который долгое время представлял собой одну из выдающихся загадок биологии. Они обнаружили, что аксолотли обладают особой формой специфического белка, называемого mTOR, который позволяет им регенерировать утерянные конечности, хвост, глаза и даже ткани сердца. Кроме того, этот же вариант белка способен объяснить, почему аксолотли имеют устойчивость к раку. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Предыдущие исследования показали, что в местах повреждений и ран у аксолотлей в клетках начинают накапливаться транскрипты — молекулы матричной РНК (мРНК), содержащие инструкции для синтеза различных белков. Считается, что уровни мРНК прямо указывает на уровень белков, однако ученым до сих пор было неизвестно, что происходит с трансляцией мРНК в белковые продукты у аксолотлей, поскольку обычно в условиях стресса синтез белков снижается.
Ученые использовали метод полисомного секвенирования, который заключается в идентификации тех мРНК, что связаны с рибосомами — клеточными органеллами, в которых происходит синтез белка. Ожидалось, что, несмотря на увеличение уровня мРНК возле раны, синтез белка уменьшится в целях экономии энергии клеток, страдающих от стресса, как это происходит у многих других видов. Однако при потере конечности аксолотли, наоборот, увеличивали синтез белков, несмотря на энергетические затраты.
Клетки аксолотлей в любой момент времени хранили большие запасы мРНК, транслируя в белок только 20 процентов, однако при травме происходит трансляция сотен молекул-транскриптов. Это указывало на то, что существует некая молекула-регулятор, которая способствует усиленному производству белка. Ученые заметили, что многие из накопленных мРНК имели одну и ту же последовательность нуклеотидов на одном из своих концов, которая регулируется ферментом mTOR для стимулирования производства белка.
У людей и мышей mTOR (и, как следствие, выработка белка) активируются только при избытке питательных веществ, а не во время повреждений и стресса. Но у аксолотлей имеется вариант сверхчувствительного mTOR, который переходит в активное состояние благодаря лишь небольшому притоку питательных веществ после травмы. Это открытие удивительно тем, что mTOR является древним ферментом, который практически одинаков во многих организмах. Аксолотли же пошли по другому эволюционному пути, развив форму mTOR с другими фундаментальными свойствами.
Ученые использовали противораковые препараты, которые блокируют mTOR у человека, чтобы ингибировать mTOR у аксолотлей, после чего животные больше не могли отращивать конечности. Кроме того, выяснилось, что mTOR аксолотля гиперчувствителен к стимуляции при травме, но не более активен, чем mTOR млекопитающих. Поскольку mTOR аксолотля не проявляет гиперактивности, это может объяснить устойчивость к раку, наблюдаемую у аксолотлей, тогда как гиперактивность mTOR у человека способствует раку.