Obrázek vygenerován pomocí Imagen 4 Ultra
Axolotli dokážou po amputaci znovu vytvořit celou končetinu. Nový výzkum ukazuje, že rozhodující je přesné nastavení hladiny kyseliny retinové. Právě řízený rozklad této látky určuje, zda se vytvoří části blíže k trupu nebo spíše prsty. Do hry vstupuje i gen Shox, který pomáhá přeměnit chemické signály na konkrétní kostní struktury.
Kyselina retinová jako dirigent růstu
Kyselina retinová je látka vznikající z vitaminu A. V těle obratlovců působí jako signál, který říká buňkám, co z nich má vyrůst. Při vývoji embrya rozhoduje o poloze hlavy, ocasu i končetin. U axolotlů, obojživelníků známých svou schopností regenerace, řídí i proces obnovy paží a nohou.
Vyšší množství kyseliny retinové vede k vytvoření částí končetiny blíže k trupu, jako je pažní kost. Naopak nižší hladiny podporují růst částí vzdálenějších, tedy prstů. Dlouho však nebylo jasné, jak tělo tuto hladinu během regenerace udržuje.
Enzym CYP26B1 nastavuje identitu buněk
Výzkum ukázal, že klíčovou roli hraje enzym zvaný CYP26B1. Ten kyselinu retinovou rozkládá a tím ovlivňuje její množství v buňkách. Tento enzym je nejaktivnější v částech regenerující končetiny, které se nacházejí dál od trupu. Tam zajišťuje, že hladina kyseliny retinové zůstane nízká, takže buňky „vědí“, že mají vytvořit prsty a nikoli pažní kost.
Když vědci působení enzymu uměle zablokovali, hladina kyseliny retinové stoupla. Buňky v oblasti, kde měly vyrůst prsty, se začaly chovat jako buňky poblíž ramene. Výsledkem bylo, že axolotlům narostly duplikované části pažní kosti. Vyšší koncentrace kyseliny retinové tedy proměnila buňky distální části (dál od trupu) v buňky proximální (blíže k trupu).
Gen Shox jako převodník chemických signálů do kostí
Studie zároveň ukázala, že na změny v hladině kyseliny retinové reaguje gen Shox. Tento gen je znám i u lidí, kde se podílí na růstu dlouhých kostí a jeho poruchy mohou způsobovat nízký vzrůst. U axolotlů se Shox zapíná hlavně v buňkách, které tvoří horní části končetiny.
Vědci gen Shox odstranili pomocí metody CRISPR Cas9. Zvířata sice novou končetinu vytvořila, ale jejich kosti byly kratší a některé se vůbec nezměnily z chrupavky na kost. Z toho vyplývá, že Shox není nutný pro samotný začátek regenerace, ale je zásadní pro správný vývoj kostí v horní části končetiny.
Buněčná paměť a chemická mapa končetiny
Buňky axolotla si uchovávají takzvanou proximodistální paměť. Pamatují si, kde v končetině se původně nacházely – zda blíže k trupu nebo dál u prstů. Po amputaci se sice promění v mladší, univerzálnější buňky, ale tuto prostorovou informaci si ponechají.
Podle své „paměti“ pak nastavují, kolik enzymu CYP26B1 vyprodukují. Tím se přizpůsobí hladina kyseliny retinové v místě poranění a vznikne chemická mapa, která určuje, jaké části se mají vytvořit. Díky tomu tělo přesně zrekonstruuje chybějící úsek.
Co to znamená pro medicínu
Lidé schopnost obnovit celou končetinu nemají. Přesto by pochopení mechanismu, který využívá axolotl, mohlo pomoci medicíně. Pokud se podaří zjistit, jak řídit hladiny kyseliny retinové, mohlo by to umožnit lépe obnovovat kosti, chrupavky nebo poškozené svaly.
Studie také naznačuje, že různé části končetiny reagují na stejné chemické signály odlišně. To může vysvětlit, proč se některé tkáně regenerují snadno, zatímco jiné mnohem hůře.
Hlavní poselství
Regenerace končetiny u axolotla je řízena přesnou rovnováhou kyseliny retinové. Enzym CYP26B1 tuto látku odbourává a tím určuje, které části končetiny vzniknou. Gen Shox pak převádí tyto chemické pokyny do podoby kostí. Axolotl tak dokáže znovu vystavět paži podle původního plánu – s ohromující přesností, která zůstává pro lidskou medicínu stále nedostižná.
