Axolotler har en særlig evne til at regenerere mistede lemmer.
Et lille væsen med flæset gæller, et høfligt smil og lysende grøn hud har netop givet forskerne en vigtig ledetråd til at løse et af biologiens største mysterier: regenerering af lemmer.
Vandsalamandre kaldet axolotler er kendt for deres usædvanlige evne til at regenerere lemmer, der er gået tabt på grund af skader eller amputation. Nu har forskere afdækket mere om den komplekse proces bag denne superkraft i en ny undersøgelse, der blev offentliggjort tirsdag i Nature Communications.
“Et langvarigt spørgsmål inden for feltet har været, hvad det er, der får cellerne på skadestedet til at vokse tilbage, for eksempel kun hånden eller hele armen,” siger seniorforfatter James Monaghan, professor i biologi og direktør for Institute for Chemical Imaging of Living Systems ved Northeastern University.
Det viser sig, at et stof kaldet retinsyre, der ofte findes i retinol-aknebehandlinger, er ansvarligt for at signalere, hvilke kropsdele en axolotls skadede celler skal regenerere – og hvordan, fandt undersøgelsen.
Retinsyre er også vigtig for udviklingen af menneskelige embryoner, hvor den fortæller cellerne, hvor de skal vokse et hoved, hoveder og fødder, forklarer Monaghan. Men af ukendte årsager mister de fleste af vores celler evnen til at ‘lytte’ til molekylets regenerative signaler, mens de er i livmoderen.
Og selvom det stadig virker som science fiction at genvokse hele menneskelige lemmer, sagde Monaghan, at undersøgelsen af retinsyres signalfunktion hos disse padder kan hjælpe med at udvikle nye helbredelsesmetoder og genterapi til mennesker.
Undersøgelsen af retinsyres signalfunktion hos disse ‘smilende’ vandlevende salamandre kan hjælpe forskere med at udvikle nye helbredelsesmetoder og genterapi til mennesker.
Undersøgelse af retinsyre i axolotler
Axolotler lyser ikke naturligt i mørke. For at observere retinsyrens signaler brugte Monaghans team genetisk modificerede axolotler, der lyser fluorescerende grønt, hvor molekylet aktiverede beskadigede celler.
Først tog forskerteamet en mere Frankenstein-tilgang ved at injicere store mængder retinsyre i salamandrenes systemer og observere effekten. På amputationsstedet voksede axolotlerne mere end nødvendigt – en hånd blev erstattet af en hel arm.
“Hvis man hælder en masse retinsyre på (et skadested), vil alle disse forskellige gener, som sandsynligvis ikke har noget at gøre med den nødvendige blåkopi, blive aktiveret,” siger Catherine McCusker, lektor i biologi ved University of Massachusetts Boston, som ikke var involveret i undersøgelsen, men også forsker i salamandres regenerering af lemmer.
For bedre at forstå, hvordan axolotler brugte deres naturlige niveauer af retinsyre til regenerering af lemmer, ændrede Monaghan og hans team deres tilgang.
“Vi opdagede, at et enkelt enzym er ansvarligt for nedbrydningen af retinsyre i (axolotlers) kroppe,” siger Monaghan. Da hans team blokerede dette enzym, opstod de samme Frankenstein-effekter igen.
Det er virkelig spændende og overraskede os, da det viser, at niveauerne af (naturlig) retinsyre kontrolleres af deres nedbrydning.
Med andre ord ved en skadet axolotl-hånd, at den ikke skal vokse til en arm, delvis fordi enzymet, kaldet CYP26B1, blokerer regenereringsprocessen fra at fortsætte, forklarede McCusker.
Indtil videre er forståelsen af denne sammenhæng i en axolotls regenerative system kun en brik i puslespillet, sagde Monaghan. Det næste skridt vil være at identificere nøjagtigt, hvilke gener retinsyre er rettet mod inde i cellerne under regenerering for yderligere at afdække den ‘blåkopi’, som disse celler følger.
Axolotls lyser ikke naturligt i mørke – de er genetisk modificeret for bedre at forstå, hvordan de bruger retinsyre til at vokse mistede lemmer.
Hvad mennesker kan lære af axolotler
Når en axolotls celler bliver beskadiget, gennemgår de en proces kaldet dedifferentiering, hvor de mister deres ‘hukommelse’ og vender tilbage til en embryonal tilstand, sagde Monaghan. I denne embryonale tilstand fokuserer cellerne på at danne nye lemmer, og de kan igen lytte til retinsyresignalerne for at opbygge og vokse.
Menneskeceller dedifferentierer imidlertid ikke, når de bliver beskadiget, så de kan ikke reagere på retinsyresignaler. I stedet reagerer vores væv på skader ved at danne arvæv, lægge store mængder kollagen og så give op, siger Monaghan.
Men hvad nu, hvis der var en måde, hvorpå menneskelige celler kunne tage imod disse ordrer om at danne lemmer igen?
“Dette spørgsmål er superinteressant, når det kommer til genterapi, fordi vi måske ikke behøver at tilføje eller fjerne gener for at fremkalde regenerering hos mennesker – vi kan bare aktivere de relevante gener på det rigtige tidspunkt eller deaktivere de relevante gener på det rigtige tidspunkt,” sagde Monaghan med henvisning til teknologi som CRISPR, der giver forskere mulighed for at foretage ændringer i DNA for at forebygge og behandle sygdomme.
Regeneration af menneskelige lemmer ligger sandsynligvis langt ude i fremtiden, men når forskerne først forstår mere om retinsyresignalering, kan teknologien hjælpe med at give menneskelige celler denne regenerative evne tilbage, så de kan helbrede sår og forhindre ardannelse, sagde McCusker.
En del af McCuskers forskning fokuserer på, hvordan man kan fremskynde processen med regenerering af lemmer. For axolotler kan det kun tage et par dage at genvinde deres små hænder, men hos et fuldt udvokset menneske kan den proces tage år, siger McCusker.
“Det er vigtigt, at vi fortsætter med denne grundlæggende biologiske forskning,” siger McCusker.
Vi finder helt nye måder at gøre ting på, som vi ikke tror er mulige med den nuværende medicin.
