Учёные нашли «святой грааль» — ген, который может помочь в регенерации конечностей человека

Мексиканская аксолотль в лаборатории регенерации биолога Джоша Карри из Университета Уэйк Форест. Фото: Wake Forest University

Учёные, изучающие аксолотлей, рыбок данио-рерио и мышей, обнаружили общий набор генов, который в будущем может помочь разработать методы регенерации человеческих конечностей. Результаты исследования, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, указывают на возможное новое направление в регенеративной медицине и генной терапии.

«Это значимое исследование объединило три лаборатории, работающие с тремя разными организмами для сравнения процессов регенерации, — рассказал доцент кафедры биологии Университета Уэйк Форест Джош Карри, чья лаборатория изучает мексиканскую аксолотль. — Оно показало нам, что существуют универсальные, объединяющие генетические программы, которые управляют регенерацией у совершенно разных типов организмов: саламандр, рыбок данио-рерио и мышей».

В проекте также участвовали пластический хирург из Университета Дьюка Дэвид А. Браун, изучающий регенерацию пальцев у мышей, и Кеннет Д. Посс из Висконсинского университета в Мадисоне, чьи исследования сосредоточены на регенерации плавников у рыбок данио-рерио.

Общие гены регенерации у разных видов

По статистике Global Burden of Disease, ежегодно в мире проводится более 1 миллиона ампутаций из-за диабетических сосудистых заболеваний, травм, инфекций и рака. Исследователи ожидают, что это число будет расти по мере старения населения и распространения диабета.

Долгое время учёные искали способы выйти за рамки протезирования и создать методы лечения, способные восстановить естественное движение, чувствительность и функции. Новое исследование предполагает, что группа генов, известных как SP-гены, может играть ключевую роль в этой работе.

Исследователи выбрали аксолотлей, рыбок данио-рерио и мышей, потому что каждый из этих видов даёт уникальное понимание процессов регенерации.

Аксолотли известны своей невероятной способностью отращивать целые конечности, а также хвосты, ткани спинного мозга и части органов, включая сердце, мозг, лёгкие, печень и челюсть.

Рыбки данио-рерио — ещё одна мощная модель регенерации, так как они могут многократно отращивать повреждённые хвостовые плавники. Они также способны восстанавливать сердце, мозг, спинной мозг, почки, сетчатку и поджелудочную железу.

Мыши были включены в исследование, потому что, как и люди, они являются млекопитающими. Мыши могут регенерировать кончики пальцев, а люди иногда могут отращивать кончики пальцев, если ногтевое ложе остаётся неповреждённым после травмы, что позволяет восстанавливать кожу, плоть и кости.

Карри сообщил, что команда обнаружила, что регенерирующий эпидермис (кожная ткань) у всех трёх видов активирует два гена: SP6 и SP8. Затем исследователи начали выяснять, как именно эти гены способствуют регенерации.

Аспирант-биолог Тим Кертис-младший участвовал в работе в лаборатории Карри вместе со студенткой Еленой Сингер-Фриман, стипендиатом Голдуотера и выпускницей 2025 года Университета Уэйк Форест по специальности «биохимия и молекулярная биология».

Эксперименты с CRISPR выявили ключевую роль генов в регенерации конечностей

Исследователи обнаружили, что ген SP8 особенно важен для регенерации конечностей у саламандр. Используя технологию редактирования генов CRISPR, команда Карри удалила ген SP8 из генома аксолотля.

Без этого гена аксолотли не могли правильно регенерировать кости конечностей. Учёные наблюдали аналогичные проблемы у мышей, когда гены SP6 и SP8 отсутствовали в регенерирующих пальцах.

Основываясь на этих данных, лаборатория Брауна разработала вирусную генную терапию на основе энхансера регенерации тканей, ранее идентифицированного у рыбок данио-рерио.

Терапия доставляла сигнальную молекулу FGF8, которая обычно активируется геном SP8. У мышей такое лечение стимулировало рост костей в повреждённых пальцах и частично восстанавливало регенеративные способности, утраченные при отсутствии SP-генов.

Человеческие конечности не могут естественным образом регенерировать, как конечности саламандр, но исследователи полагают, что будущие методы лечения потенциально смогут имитировать некоторые биологические механизмы, контролируемые SP-генами.

«Мы можем использовать это как своего рода доказательство концепции того, что, возможно, мы сможем применять терапию, заменяющую этот регенеративный тип эпидермиса для восстановления тканей у людей», — пояснил Карри.

На пути к регенерации человеческих конечностей

Исследователи предупреждают, что работа находится на ранней стадии, и потребуется гораздо больше исследований, прежде чем открытия на мышах можно будет применить к людям. Тем не менее, Карри назвал это исследование важной основой для будущих регенеративных методов лечения.

«Учёные ищут множество решений для замены конечностей, включая биоинженерные каркасы и терапию стволовыми клетками, — объяснил Карри. — Подход с генной терапией, описанный в этом исследовании, — это новое направление, которое может дополнить и, возможно, усилить то, что, несомненно, станет мультидисциплинарным решением для регенерации человеческих конечностей в будущем».

Карри также подчеркнул важность сотрудничества между учёными, работающими с совершенно разными животными и биологическими системами.

«Часто учёные работают в своих "силосных башнях": мы работаем только с аксолотлем, или только с мышью, или только с рыбой, — сказал Карри. — Отличительная особенность этого исследования в том, что мы работаем со всеми этими разными организмами. Это действительно мощно, и я надеюсь, что мы увидим больше такого в этой области».

Источники:

Материалы предоставлены Университетом Уэйк Форест.

David A. Brown, Katja K. Koll, Erin Brush, Grant Darner, Timothy Curtis, Thomas Dvergsten, Melissa Tran, Colleen Milligan, David W. Wolfson, Trevor J. Gonzalez, Sydney Jeffs, Alyssa Ehrhardt, Rochelle Bitolas, Madeleine Landau, Kendall Reitz, David S. Salven, Leslie A. Slota-Burtt, Isabel Snee, Elena Singer-Freeman, Sayuri Bhatia, Jianhong Ou, Aravind Asokan, Joshua D. Currie, Kenneth D. Poss. Enhancer-directed gene delivery for digit regeneration based on conserved epidermal factors. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2026; 123 (17) DOI: 10.1073/pnas.2532804123