Моллюски как ключ к заживлению костей – новое исследование ученых МГУ
Ученые биологического и химического факультетов МГУ имени М.В. Ломоносова впервые изучили регенерацию редкого внутреннего скелета, состоящего из кальцитовых спикул, у голожаберного брюхоногого моллюска Onchidoris muricata после ампутации. Были получены данные по формированию скелетных элементов de novo и экспрессии генов, кодирующих белки, участвующих в их биоминерализации. Результаты исследования были опубликованы в научных журналах Ruthenica и Data in Brief. Полученные данные являются первым шагом в изучении формирования спикул, а также в расшифровке механизмов биоминерализации на молекулярном уровне.
Исследования проводились в рамках Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология».
Моллюски – широко распространенная группа беспозвоночных животных, обитающая в водной и наземной среде. При упоминании моллюсков многие из нас представляют «улиток» с раковиной, однако не все моллюски могут похвастаться её наличием. Одной из таких групп являются голожаберные моллюски – дориды, которые в процессе эволюции вовсе утратили раковину, но в замену ей приобрели внутренний скелет. На примере Onchidoris muricata – вида из арктических морей – показано, что твердый скелет состоит из многочисленных иголочек – спикул, которые помимо внутреннего положения еще находятся и внутри специализированных клеток – склероцитов. Такое положение спикул уникально для беспозвоночных и не встречается в других группах.
Доцент химического факультета Андрей Анисенко, старший научный сотрудник биологического факультета Елена Ворцепнева и аспирант биофака Екатерина Никитенко обнаружили, что основу этих удивительных спикул составляют ранее неописанные белки, похожие на коллаген. Ученых заинтересовал вопрос биоминерализации, а именно как белковые структуры становятся впоследствии твердыми. С применением комплекса методов в результате экспериментов удалось установить, что твердыми спикулы становятся из-за ионов кальция, которые связываются с белковой матрицей. Для того чтобы понять, что заставляет ионы кальция соединяться с основой спикул, была расшифрована последовательность генов, которые экспрессируются, т.е. работают у моллюсков разных возрастов.
«В результате анализа полученных данных было установлено, что специальный белок – карбоангидраза – помогает присоединять кальций к коллагеноподобным белкам спикул, что делает их твердыми и прочными», – отметила Елена Ворцепнева.
Помимо этого, ученых заинтересовало, могут ли твердые скелетные элементы восстанавливаться после травм, а именно после полного удаления. «Оказалось, что к восстановлению, то есть регенерации, способны вовсе не все части тела моллюска, а лишь важные чувствительные органы – ринофоры», – рассказала Екатерина Никитенко.
Ринофоры – это подвижные щупальца, рожки, на голове моллюска, которыми он шевелит и воспринимает химические сигналы из окружающего мира. Чувствительные ринофоры снаружи имеют складки, которые внутри укреплены скелетом из спикул. При удалении одного щупальца моллюск продолжает нормально функционировать, что делает возможным изучать регенерацию спикул и их минерализацию. Ученые показали, что спикулы формируются заново. Причем образование спикул является сигналом для образования сладки ринофора. Спустя 21 день ринофор восстанавливается почти до своего исходного состояния, как и спикулы внутри него.
Это исследование является важным шагом в изучении регенеративных способностей живых организмов и механизмов восстановления и биоминерализации внутреннего скелета. Полученные данные могут помочь в разработке новых подходов к лечению травм или заболеваний, связанных с нарушением целостности костей, в том числе у человека.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: ru.123rf.com
Разместила Ирина Усик