Эпиморфоз определяется как регенерация определенной части организма таким образом, который включает в себя обширную клеточную пролиферацию соматических стволовых клеток, [1] дедифференциацию и реформацию, [2] , а также образование бластемы . [3] Эпиморфоз можно считать простой моделью развития , хотя он происходит только в тканях, окружающих место повреждения, а не происходит во всей системе. [4] Эпиморфоз восстанавливает анатомию организма и исходную полярность, которая существовала до разрушения ткани и/или структуры организма. [4] Эпиморфозную регенерацию можно наблюдать как у позвоночных, так и у беспозвоночных, таких как распространенные примеры: саламандры, кольчатые черви и планарии. [5]
Томас Хант Морган , эволюционный биолог, который также работал с эмбриологией, утверждал, что реформация конечностей и тканей имеет много общего с эмбриональным развитием. [6] Основываясь на работе немецкого эмбриолога Вильгельма Ру , который предположил, что регенерация представляет собой два кооперативных, но отдельных пути вместо одного, Морган назвал две части регенеративного процесса эпиморфозом и морфаллаксисом . В частности, Морган хотел, чтобы эпиморфоз определял процесс совершенно новых тканей, которые восстанавливаются после ампутации или аналогичной травмы, а морфаллаксис был придуман для описания регенерации, которая не использует пролиферацию клеток , например, у гидры . [7] Ключевое различие между двумя формами регенерации заключается в том, что эпиморфоз включает в себя клеточную пролиферацию и образование бластемы, тогда как морфаллаксис этого не делает. [7]
У позвоночных эпиморфоз зависит от образования бластемы для размножения клеток в новую ткань. Благодаря исследованиям плавников данио-рерио , кончиков пальцев мышей и регенерации конечностей у аксолотлей , исследователи из Польской академии наук обнаружили доказательства эпиморфоза, происходящего у различных позвоночных, включая случаи эпиморфоза млекопитающих. [9]
Регенерация конечности происходит, когда часть организма разрушается, и организм должен перестроить эту структуру. Общие этапы регенерации конечности следующие: эпидермис покрывает рану, что называется процессом заживления раны, [10] мезенхима дедифференцируется в бластему и формируется апикальный эктодермальный колпачок, и конечность повторно дифференцируется, чтобы сформировать полную конечность. [11]
Эпидермальные клетки по краям раны мигрируют, чтобы закрыть рану, и станут раневым эпидермисом. [12] Рубцовая ткань не образуется, как у млекопитающих. Мезенхимальные ткани культи конечности секретируют матриксные металлопротеиназы (ММП). [13] По мере секреции ММП раневой эпителий утолщается [13] и в конечном итоге становится апикальным эктодермальным колпачком (АЭК), который формируется на кончике культи. [14] Это похоже на эмбриональный апикальный эктодермальный гребень , который формируется во время нормального развития конечности . Под АЭК нервы вблизи места разрушенной конечности деградируют. [15] АЭК вызывает восстановление зоны прогресса ; это означает, что клетки под АЭК (включая кость, хрящ, фибробласты и т. д. [12] ) дедифференцируются и становятся отдельными мезенхимальными клетками, которые формируют бластему. [12] [13] Некоторые ткани экспрессируют специализированные гены (например, мышечные клетки), и поэтому, если есть повреждение этих тканей, гены становятся подавленными, а гены пролиферации не регулируются. [12] AEC также высвобождает факторы роста фибробластов (FGF) (включая FGF-4 и -8 ), которые управляют развитием новой конечности, по сути возвращая конечность к стадии эмбрионального развития. [16] Однако, даже несмотря на то, что некоторые клетки конечности способны дедифференцироваться, они не способны полностью дедифференцироваться до уровня мультипотентных клеток-предшественников. Во время регенерации только хрящевые клетки могут образовывать новую хрящевую ткань, только мышечные клетки могут образовывать новую мышечную ткань и так далее. Дедифференцированные клетки по-прежнему сохраняют свою первоначальную спецификацию . [12] Чтобы начать физическое формирование новой конечности, регенерация происходит в дистально-проксимальной последовательности. [17] Сначала формируется дистальная часть конечности, а затем дистальная часть конечности взаимодействует с исходной проксимальной частью конечности, образуя промежуточную часть конечности, известную как интеркаляция. [17]
Американский таракан способен регенерировать конечности, которые были повреждены или разрушены, такие как ноги и антенны, а также части его сложного глаза. Он делает это с помощью лектина — белка, предназначенного для связывания белков, — называемого регенектином, который разделяет семейство с другими белками, связывающими липополисахарид (ЛПС) . Регенектин выполняет как регенеративную, так и системную защитную функцию, и он вырабатывается паракринной системой таракана для работы с мышечной реформацией. [18]
C. teleta — это сегментированный червь, обитающий в Северной Америке, способный регенерировать задние сегменты после ампутации. [19] Эта регенерация использует взаимодействие нескольких наборов Hox -генов, а также образование бластемы. Все Hox -гены, участвующие в эпиморфозе, присутствуют в брюшной области червя, но не в передней части. Однако сами по себе гены не направляют передне-заднюю структуру грудной клетки червя. [20]
P. vitta — плоский червь рода Planaria , который при необходимости может использовать как морфаллаксис, так и эпиморфоз для своего восстановления; у P. vitta эпиморфоз предшествует морфаллаксису и длится около десяти дней. Планарии начинают эпиморфоз с сокращения эпидермиса сразу после того, как червь получает надрез на голове, как механизм реакции хищника, чтобы уменьшить площадь поверхности в месте надреза. [21] [22] Этот механизм активирует необласты, которые являются тотипотентными стволовыми клетками [23] , что позволяет рабдитам секретировать материалы для создания защитного слизистого покрытия и эпителия, собирающегося в этом месте посредством распространения клеток, а не пролиферации, как это происходит у позвоночных [22]. Затем дорсальные и вентральные эпителиальные клетки приходят в это место и дифференцируются, чтобы начать регенерацию. [24] Полярность планарии может быть восстановлена посредством передне-заднего градиента через сигнальный путь Wnt/β-катенина. [25] Полярность у планарий можно описать так: передняя часть раневого участка создаст голову планарии, а задняя сторона создаст хвост. [25]
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)