Regenerace u obojživelníků Tomáš Bárta, Vít Hubinka Regenerace obecně Schopnost organismů z části znovu nastartovat vývojové procesy za účelem znovuobnovy funkce poškozené tkáně. Regenerace nemusí probíhat podle stejných pravidel jako vývoj (embryonální) konkrétní tkáně. Regenerační schopnosti mají jen živočichové bez konečného determinovaného embryonálního vývoje. Omezená regenerace až bez regenerace: živočichové s přísně determinovaným embryonálním vývojem (vířníci, hlístice, pijavky, motolice, někteří měkkýši, některé medúzy, korálové polypy – ochrana kolonií) Řád Urodela (mloci) - největší schopnost regenerace mezi obratlovci - celou končetinu, čelisti, části oka (jako jsou čočka nebo sítnice), střevo a dokonce malé části srdce. - lehce přijímají allotransplantáty Žáby mají regenerační schopnosti o dost menší a jejich regenerační schopnosti se snižují s věkem, přičemž po metamorféze obvykle vymizí. < rozdílný embryonálním vývoj, respektive jeho načasování. Vývoj končetin u amniot nastává velmi brzy a při jejich formování dochází k interakcím s přechodnými strukturami časného embrya (somity) zatímco u obojživelníků je vývoj končetin pozdržen a k jejich vývoji už nejsou nezbytné žádné dočasné struktury. Typy regenerace • fyziologická regenerace • reparační regenerace • rozmnožovací regenerace - např. Fissiparie – rozpad na menší kusy z nichž vznikají nový jedinci. Modelové organizmy Urodela – axolotl mexický (Ambystoma mexicanum) - značná regenerační schopnost - lehce se chová (oproti ostatním mlokům – nepotřebuje terestriální fázi života, normálně se už chová i jako domácí mazlíček) Anura – žába drápatka (Xenopus laevis) - docela dobrá regenerace před metamorfózou - lehce se chová - velká embrya se kterými se snadno manipuluje Fáze regenerace Trauma O/ Epitelizace - zacelení rány (1 – 2 h) - vcestování buněk stratum basale - bez lamina basalis (epitel – mesenchym) O/ tvorba blastému (několik dní) - (dediferenciace > proliferace) - dediferenciace mesenchymálních buněk (osteo- chondro- fibro- myo-) - vstup do S fáze BC (inaktivace RB) O/ rediferenciace (redevelopment) (1 - 3 m) - správné určení tělních os - tvorba specifických buněk a struktur (cévy, nervy) tak jak byly před amputací Positional memory Blastemální buňky si „pamatují“ svůj původ. - Jen takové progenitory, které dají základ všem ostatním tkáním reparovaného orgánu - vznikají tak konkrétní progenitorové buňky např. končetiny (zápěstí, lokte, ramene...), ocasu nebo čočky - ať je amputace provedena na jakékoli části končetiny, vždy vzniká z blastému právě jen odstraněná část. — Z výše uvedeného je patrné, že existuje klesající gradient buněčné adhezivity od distální k proximální části končetiny. Určování tělních os — Udává směr, kterým se má nová končetina formovat (vždy distálně) — PD osa (proximo-distální) — formována mezibuněčnými kontakty nebo koncentračním gradientem specifických molekul. Jako vhodný kandidát se ukázala kyselina retinová a její prekurzory (vitamin A). Rozdíl mezi koncentrací retinoidů v proximální (bližší) a distální části je cca 2,5x a tento rozdíl může určovat změny v expresy genů. — Prod 1 — malý protein na povrchu buněk, který může určovat pozici buňky v rámci PD osy. Konkrétní exprese Prod 1 u dané buňky se zachovává i při tvorbě blastému. DV osa - částečně určena epitelem časného hojení. Transkripty EČH (AEC) patří do rodiny FGF, které představují silné regulátory vývoje, proliferace a diferenciace buněk a hrají úlohu v reakci na poranění. - U žab dochází k progresivní ztrátě regenerace s věkem. Po podání exogenního FGF žábě došlo k výraznému zpomalení ztráty regeneračních schopností - morfogen Shh (Sonic hedgehog) Sorting out hypotéza — Vysvětluje umístění blastemy přesně do místa amputace. Ať je amputace provedena na jakékoliv části končetiny, vždy vzniká z blastémy pahýlu právě jen odstraněná část PRINCIP: — Roztřídění jednotlivých typů buněk podle jejich původní pozice — Když jsou smíchány disociované buňky ektodermu a mezodermu, po jejich agregaci in vitro se postupně vytvoří centrum mezodermálních buněk a kolem něho vrstva buněk ektodermálních. — Vysvětleno rozdílnou adhezivitou buněk – cell adhesion molecules — Experimentálně ověřena s regererací končetin mloka Sorting out hypotéza Regenerace čočky oka — Transdiferenciace z jednoho buněčného typu (x regenerace končetiny) — Průběh: - pigmentové epiteliální buňky dorzální duhovky dediferencují (ztráta pigmentace) a vstoupí do buněčného cyklu (4. den). - buňky utvoří vezikul (10. den) - buňky ve vezikulu se prodlužují a diferencují ve vláknité buňky primární čočky (16. den) Regenerace čočky oka — Řízeno: kys. retinovou, FGF, homeobox. geny Pax-6 a Prox-1 — Po exogenní aplikaci retinové kyseliny, dochází k abnormální ektopické diferenciaci. — Disulfiramu (antagonista reatinové kys.) snižuje schopnosti regenerace čočky. Regenerace srdce Regenerace míchy — Po poranění míchy dochází k migraci ependymálních buněk (ep). — Ep proliferují a za pomocí makrofágů odstraňují ECM — Ep mění retinol na retinovou kyselinu RA, která je příjmána neurony. — RA indukuje neuronální růst. Regenerace míchy — Regenerace míchy je možná v každém stádiu života mloka (u ptáků pouze ve fetálním stádiu). — K regeneraci není potřebný epitel časného hojení -> asi není potřebný FGF (názory se různí) — Iniciační a molekulární mechanismus není znám. Kmenové buňky — Progenitorové buňky mohou vzniknout: — De novo dediferenciací tkáňových buněk — Kmenové buňky již mohou být přítomny v tkáni — Žádná z hypotéz nebyla potvrzena ani vyvrácena. — Jsou vůbec buňky blastemy multipotentní? — Jedná se skutečně o kmenové buňky?