Informacija

2.4: regeneracija – biologija

2.4: regeneracija – biologija


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Regeneracija – tai galimybė pakeisti prarastas ar pažeistas kūno dalis. Šis gebėjimas labai skiriasi tarp gyvų būtybių.

Augalai

Augalai gali atkurti visas kūno dalis iš pirmtakų ląstelių. Pavyzdžiui, daugelis medžių gali būti nupjauti žemėje ir kelmo pakraščiuose laikui bėgant atsiranda daigų. Iš jų atsiranda nauji stiebai, lapai ir žiedai. Laboratorijoje iš daugybės kultūroje augančių nediferencijuotų ląstelių gali išsivystyti ištisi augalai.

Paveikslas (PageIndex{i}): Morkų augalas, užaugintas laboratorijoje Roy De Carava ir Scientific American sutikimu

Pavyzdžiui, visiškai diferencijuota morkos šaknies ląstelė, auginama tinkamoje auginimo terpėje, pradeda pakartotinai dalytis ir praranda savo diferencijuotą struktūrą. Tada jos palikuonys pradeda skirtis ir galiausiai suformuoja visus subrendusio morkų augalo organus. Aukščiau pateiktoje nuotraukoje pavaizduotas morkų augalas, išaugęs kolboje iš visiškai diferencijuotų šaknų ląstelių, kurios buvo išskirtos ir paskatintos mitozę.

Bestuburiai gyvūnai

Kempinės

Kempinės gali atkurti visą organizmą tik iš jų ląstelių sankaupos.

Hidra

Šis cnidarianas taip pat gali atkurti visą savo kūną iš ląstelių. Ląstelės, kurios atlieka darbą, yra totipotentinės kamieninės ląstelės gyvenantys gyvūno kūne.

Planariečiai

Paveikslas (PageIndex{i}): Dugesia ir Dugesia regeneracija

Kai kurioms plokščiųjų kirmėlių rūšims (kairėje) nupjaunama galva, jos gali atauginti naują galvą. Dvigubai amputuoti gali atstatyti ir naują galvą priekiniame paviršiuje, ir naują uodegą užpakaliniame paviršiuje (dešinėje). Jie tai daro daugindami ir diferencijuodami pluripotentines kamienines ląsteles (vadinamas neoblastais), kurias jos išlaiko savo kūne visą gyvenimą.

Kaip ląstelės žino, ar išsivystys į galvą ar į uodegą? Dėl to, kad dėl RNR trukdžių (RNAi) lengvai gali būti išmušti atskiri genai, buvo įrodyta, kad Wnt / β-katenino signalizacija diktuoja, kur formuojasi galva ir uodega.

  • Blokuojant Wnt/β-katenino signalizaciją RNRi, galva susidaro ten, kur turėtų būti uodega (dviejų galvų gyvūnas).
  • blokuojant dalį β-katenino skilimo komplekso (taip pagerinant kelią), uodega išsivysto ten, kur turėtų galva (užauga dviuodegis gyvūnas).

Taigi atrodo, kad numatytasis kelias neoblastų tikslas yra atkurti galvą. Amputuotame gyvūne a gradientas Wnt / β-katenino signalizacija tęsiasi nuo aukšto užpakalinėje dalyje, dėl kurios susidaro uodega, ir mažėja link priekio, kol numatytasis kelias nebebus slopinamas ir gali susidaryti galva.

Jūros žvaigždės (dar žinomas kaip "Starfish")

Paveikslas (PageIndex{i}): Dr. Charles Walcott dėka jūrų žvaigždė atkuria ranką

Šie dygiaodžiai gali atkurti visą organizmą tik iš vienos rankos ir centrinio disko. Skaičiau, kad kažkada austrių žvejai iš austrių guolio ištraukdavo jūros žvaigždes, sukapodavo jas, tikėdamiesi jas nužudyti, o paskui išmesdavo dalis atgal už borto. Netrukus, savo liūdesiui, jie atrado nuostabias šių gyvūnų regeneravimo galias.

Stuburiniai gyvūnai

Tritonai ir salamandros

Paveikslas (PageIndex{i}): Salamandra

Šie varliagyviai gali atkurti trūkstamą uodegą, kojas, net akis. Šis nuostabus gebėjimas ypač ryškus lervos stadijoje. Dėl šios priežasties lervų salamandros yra mėgstamiausios atliekant regeneracijos tyrimus. Pavyzdžiui, nupjaunant lervos salamandros uodegą, prasideda tokia įvykių seka:

  • Epidermio ląstelių sluoksnis išauga ir dengia kelmą.
  • Nediferencijuotų ląstelių masė, vadinama blastema - vystosi tiesiog apačioje.
  • Ataugančioje uodegoje susidaro raumenys ir kremzlės.
  • Notochordas ir nugaros smegenys išauga į ataugančią uodegą.
  • Po kelių savaičių nauja, visiškai funkcionali ir anatomiškai tvarkinga uodega.

Mechanizmas

Jau daugelį metų buvo neaišku, ar šis regeneravimas priklauso nuo

  • pluripotentinių kamieninių ląstelių populiacija, gyvenusi gyvūno kūne, paruošta tokiam įvykiui (kaip vyksta hidroje) arba
  • į dediferenciacija specializuotų ląstelių, pvz. raumenų ir kremzlių ląstelėse, kelme.

Atrodo, kad atsakymas yra abu.

  • Kamieninės ląstelės nugaros smegenyse migruoja į ataugančią uodegą ir diferencijuojasi į keletą ląstelių tipų, įskaitant raumenis ir kremzles. Nors kamieninės ląstelės yra ektodermos, jos gali išsivystyti į mezodermą.
  • Kelmo raumenų ląstelės migruoja į blastemą
    • grįžimas į ląstelių ciklą, kad susidarytų tūkstančiai palikuonių;
    • dediferencijuoti kaip jie tai daro; tai jie praranda raumenų ląstelėms būdingus baltymus ir kt.
  • Nors dar nėra uodegos ženklų, galutinis jos modelis nustatomas šio proceso metu, nes jei blastema pašalinama ir persodinama kitur, ji tęs uodegos atkūrimo procesą.
  • Galiausiai blastemos ląstelės diferencijuojasi į visų tipų ląsteles – nervų, raumenų, kremzlių, odos – naudojamas regeneruotai uodegai sukurti.

Žinduoliai

Ar nelinkime, kad turėtume tokias pačias regeneravimo galias kaip ir salamandros: sugebėtume atkurti nupjautas nugaros smegenis arba išauginti naują širdį! Bet, deja, negalime. Galime atstatyti dalį odos, daug kepenų ir pačius rankų ir kojų pirštų galiukus. Bet apie tai. Tik kodėl mes esame tokie riboti, nežinoma (tačiau tai intensyvių tyrimų objektas). Didžioji dalis įspūdžių, susijusių su kamieninių ląstelių tyrimais, kyla dėl vilties, kad jos gali padėti atkurti pažeistus ar prarastus audinius ar net organus.

Priešingai nei situacija, kuri, atrodo, būdinga salamandrai, neatrodo, kad specializuotų ląstelių diferenciacija turi įtakos pelių blastemos susidarymui. Vietoj to, įvairūs audiniai – epidermis, plaukų folikulai, prakaito liaukos, neuronai (visi ektoderma) ir raumenys, kaulai, sausgyslės, kraujagyslės (mezoderma) – dalyvauja atkuriant amputuoto pelės piršto galiuką (pirštą ar koją). įvairi „suaugusiųjų“ kamieninių ląstelių populiacija kelmuose, kurios išlaiko ribotą vystymosi potencialą. Apie tai patvirtinančius įrodymus galite perskaityti Rinkevičius, Y., ir kt., Gamta, 476, 409-413 (2011 m. rugpjūčio 25 d.).

Genetinė regeneracijos kontrolė

Nustatyta, kad daug genų yra susiję su regeneracija. Vienas iš stipriausių iš jų yra Wnt.

  • Agentų (pvz., antisensinių RNR molekulių), kurios trukdo Wnt/β-katenino keliui, injekcija
    • blokuoja galūnių regeneraciją salamandrose ir, kaip matėme aukščiau,
    • skatina galvos formavimąsi regeneruojantis planariais, tuo tarpu
  • agentų, stiprinančių Wnt/β-katenino kelią, injekcija
    • leisti viščiukams (kurie, kaip ir žinduoliai, paprastai negali atkurti galūnių) atauginti sparną;
    • taip pat leidžia regeneruojančiam planariui suformuoti uodegą ten, kur turėtų eiti galva.

2.4: regeneracija – biologija

Visi MDPI paskelbti straipsniai yra nedelsiant prieinami visame pasaulyje pagal atviros prieigos licenciją. Norint pakartotinai naudoti visą ar dalį MDPI paskelbto straipsnio, įskaitant paveikslus ir lenteles, specialaus leidimo nereikia. Straipsniams, paskelbtiems pagal atviros prieigos Creative Common CC BY licenciją, bet kuri straipsnio dalis gali būti pakartotinai naudojama be leidimo, jei originalus straipsnis yra aiškiai cituojamas.

Pagrindiniai dokumentai yra pažangiausi moksliniai tyrimai, turintys didelį potencialą turėti didelį poveikį šioje srityje. Pagrindiniai straipsniai pateikiami gavus individualų mokslinių redaktorių kvietimą arba rekomendaciją ir prieš paskelbiant juos peržiūrimi.

Pagrindinis dokumentas gali būti originalus mokslinis straipsnis, esminis naujas mokslinis tyrimas, kuris dažnai apima keletą metodų ar požiūrių, arba išsamus apžvalginis dokumentas su glaustais ir tiksliais naujausios pažangos atnaujinimais šioje srityje, kuriame sistemingai apžvelgiami įdomiausi mokslo pasiekimai. literatūra. Šio tipo popieriuje pateikiama ateities tyrimų krypčių ar galimų pritaikymų perspektyva.

„Editor’s Choice“ straipsniai yra pagrįsti MDPI žurnalų iš viso pasaulio mokslinių redaktorių rekomendacijomis. Redaktoriai atrenka nedidelį skaičių neseniai žurnale paskelbtų straipsnių, kurie, jų nuomone, bus ypač įdomūs autoriams arba svarbūs šioje srityje. Tikslas yra pateikti kai kurių įdomiausių darbų, paskelbtų įvairiose žurnalo tyrimų srityse, vaizdą.


MDI biologinės laboratorijos mokslininkas nustato regeneracijos signalus

BAR HARBOR, MEINE — Daugelis salamandrų gali lengvai atkurti prarastą galūnę, tačiau suaugę žinduoliai, įskaitant žmones, negali. Kodėl taip yra, yra mokslinė paslaptis, kuri tūkstančius metų žavi gamtos pasaulio stebėtojus.

Dabar mokslininkų komanda, vadovaujama mokslų daktaro Jameso Godwino iš MDI biologinės laboratorijos Bar Harbore, Maine, žengė žingsnį arčiau šios paslapties išaiškinimo, nes atrado molekulinių signalų skirtumų, skatinančių aksolotlio regeneraciją. , labai regeneruojanti salamandra, o blokuoja ją suaugusioje pelėje, kuri yra riboto regeneracinio gebėjimo žinduolis.

„MDI biologinės laboratorijos mokslininkai nuo pat jos įkūrimo 1898 m. remiasi lyginamąja biologija, kad gautų įžvalgų apie žmonių sveikatą“, – sakė Hermannas Halleris, M.D., institucijos prezidentas. „Atradimai, kuriuos įgalino James Godwin lyginamieji aksolotlo ir pelių tyrimai, yra įrodymas, kad mokymosi iš gamtos idėja šiandien yra tokia pat galiojanti, kaip ir prieš daugiau nei šimtą dvidešimt metų.

Užuot atkūrę prarastas ar sužalotas kūno dalis, žinduoliai traumos vietoje paprastai suformuoja randą. Kadangi randas sukuria fizinę kliūtį regeneracijai, MDI biologinės laboratorijos regeneracinės medicinos tyrimai buvo skirti suprasti, kodėl aksolotlis nesudaro rando arba kodėl jis nereaguoja į sužalojimą taip pat, kaip pelė. ir kiti žinduoliai daro.

"Mūsų tyrimai rodo, kad žmonės turi neišnaudotą regeneracijos potencialą", - sakė Godwinas. "Jei galime išspręsti randų susidarymo problemą, galbūt galėsime atrakinti savo latentinį regeneracinį potencialą. Aksolotlai neranda randų, o tai leidžia atsinaujinti. Tačiau susidarius randui, viskas baigsis. Jei galėtume užkirsti kelią žmonių randams, galėtume pagerinti daugelio žmonių gyvenimo kokybę.

Aksolotlis kaip regeneracijos modelis

Aksolotlis, Meksikos salamandra, kuri dabar yra visiškai išnykusi laukinėje gamtoje, yra mėgstamiausias regeneracinės medicinos tyrimų modelis, nes jis yra unikalus kaip gamtos regeneracijos čempionas. Nors dauguma salamandrų turi tam tikrą regeneracinį gebėjimą, aksolotlis gali atkurti beveik bet kurią kūno dalį, įskaitant smegenis, širdį, žandikaulius, galūnes, plaučius, kiaušides, nugaros smegenis, odą, uodegą ir kt.

Kadangi žinduolių embrionai ir jaunikliai turi galimybę atsinaujinti – pavyzdžiui, žmonių kūdikiai gali regeneruoti širdies audinį, o vaikai – pirštų galiukus, tikėtina, kad suaugę žinduoliai išsaugo genetinį regeneracijos kodą, todėl gali būti sukurtos farmacinės terapijos, skatinančios žmones. regeneruoti audinius ir organus, prarastus dėl ligų ar traumų, o ne formuoti randą.

Savo naujausiame tyrime Godwin palygino imunines ląsteles, vadinamas makrofagais aksolotlyje, su pelių ląstelėmis, siekdamas nustatyti aksolotlo makrofagų kokybę, skatinančią regeneraciją. Tyrimas grindžiamas ankstesniais tyrimais, kuriuose Godvinas nustatė, kad makrofagai yra labai svarbūs regeneracijai: kai jie yra išeikvoti, aksolotlas suformuoja randą, o ne atsinaujina, kaip ir žinduoliai.

Neseniai atliktas tyrimas parodė, kad nors makrofagų signalizacija aksolotlyje ir pelėje buvo panaši, kai organizmai buvo veikiami patogenų, tokių kaip bakterijos, grybeliai ir virusai, sužalojimas buvo kitoks istorija: makrofagų signalizacija aksolotlis skatino naujų audinių augimą, o pelės – randų susidarymą.

Neseniai žurnale Developmental Dynamics buvo paskelbtas mokslinis dokumentas apie tyrimą, pavadintą „Skirtingas TLR signalizavimas Salamandro reakcijoje į audinių pažeidimus“. Be Godwin, autoriai yra Nadia Rosenthal, Jackson laboratorijos daktarė Ryan Dubuque ir Katya E. Chan iš Australijos regeneracinės medicinos instituto (ARMI) ir Sergej Nowoshilow, mokslų daktarė iš Molekulinių tyrimų instituto. Patologija Vienoje, Austrijoje.

Godwinas, bendradarbiaujantis su „The Jackson Laboratory“, anksčiau buvo susijęs su ARMI, o Rosenthal yra ARMI įkūrėjas. MDI biologinė laboratorija ir ARMI sudarė partnerystės susitarimą, siekdamos skatinti mokslinius tyrimus ir švietimą regeneracijos ir naujų gydymo būdų kūrimui, siekiant pagerinti žmonių sveikatą.

Konkrečiai, dokumente buvo pranešta, kad baltymų klasės, vadinamos į rinkliavą panašiais receptoriais (TLR), kurios leidžia makrofagams atpažinti tokios infekcijos ar audinių pažeidimo grėsmę ir sukelti priešuždegiminį atsaką, signalinis atsakas buvo „netikėtai skirtingas“. reaguojant į aksolotlo ir pelės sužalojimą. Šis atradimas siūlo intriguojantį langą į mechanizmus, reguliuojančius regeneraciją aksolotlyje.

Galimybė „patraukti regeneracijos svertus“

Alternatyvaus signalizacijos kelio, suderinamo su regeneracija, atradimas galiausiai gali paskatinti regeneracinę mediciną žmonėms. Nors atauginti žmogaus galūnę gali būti nerealu per trumpą laiką, yra didelių gydymo būdų, kurie pagerina klinikinius rezultatus sergant ligomis, kurių patologijose pagrindinį vaidmenį atlieka randai, įskaitant širdies, inkstų, kepenų ir plaučių ligas.

„Arčiau supratimo, kaip aksolotlo makrofagai yra paruošti regeneracijai, o tai priartins mus prie žmogaus regeneracijos svertų“, - sakė Godwinas. "Pavyzdžiui, aš įsivaizduoju, kad žaizdos vietoje, kurioje yra moduliatorius, gali būti naudojamas vietinis hidrogelis, kuris pakeičia žmogaus makrofagų elgesį, kad jis būtų panašesnis į aksolotlą."

Godwinas, kuris yra imunologas, pasirinko ištirti imuninės sistemos funkciją regeneruojant, nes jos vaidmuo ruošiant žaizdą taisymui yra lygiavertis pirmajam reagavimui sužalojimo vietoje. Jo neseniai atliktas tyrimas atveria duris tolesniam kritinių mazgų žemėlapiams TLR signalizacijos keliuose, kurie reguliuoja unikalią imuninę aplinką, leidžiančią atkurti aksolotlį ir atkurti be randų.

Godwino tyrimus remia Nacionalinio sveikatos instituto Nacionalinio bendrųjų medicinos mokslų instituto Institucinės plėtros apdovanojimas (IDeA), kurio dotacijos numeris P20GM103423 ir P20GM104318, skirtas MDI biologinei laboratorijai. ARMI remia Viktorijos valstijos vyriausybė, Australija. Pelės tyrimai buvo paremti Jackson Laboratory instituciniais fondais.

Apie MDI biologinę laboratoriją

Siekiame pagerinti žmonių sveikatą ir sveikatos trukmę, atskleisdami pagrindinius audinių atstatymo, senėjimo ir regeneracijos mechanizmus, panaudodami savo atradimus visuomenės labui ir ugdydami naujos kartos mokslo lyderius. Norėdami gauti daugiau informacijos, apsilankykite mdibl.org.

Atsisakymas: AAAS ir „EurekAlert“! neatsako už „EurekAlert“ paskelbtų naujienų pranešimų tikslumą! prisidedančioms institucijoms arba už bet kokios informacijos naudojimą per „EurekAlert“ sistemą.


Sužinokite daugiau: Badavimą imituojanti dieta

  • Remiantis nauju USC atliktu tyrimu su pelėmis, mažai kalorijų turinti dieta, taip pat chemoterapija, leidžia imuninei sistemai atpažinti ir sunaikinti odos ir krūties vėžio ląsteles.
  • Daugėja įrodymų, kad badavimo poveikį imituojanti dieta turi ne tik svorio metimą, bet ir naudos sveikatai, nes naujas USC vadovaujamas tyrimas rodo, kad ji gali sumažinti išsėtinės sklerozės simptomus.

Tyrimas turi didelių pasekmių sveikesniam senėjimui, kai imuninės sistemos susilpnėjimas prisideda prie padidėjusio jautrumo ligoms senstant. Nurodoma, kaip užsitęsę badavimo ciklai – nevalgius dvi ar keturias dienas per šešis mėnesius – naikina senesnes ir pažeistas imunines ląsteles ir generuoja naujas, tyrimas taip pat turi įtakos chemoterapijos tolerancijai ir tiems, kurie serga. įvairių imuninės sistemos trūkumų, įskaitant autoimuninius sutrikimus.

„Negalėjome nuspėti, kad ilgalaikis badavimas turės tokį puikų poveikį skatinant kamieninėmis ląstelėmis pagrįstą kraujodaros sistemos regeneraciją“, – sakė atitinkamas autorius Valteris Longo, Edna M. Jones Gerontologijos ir biologijos mokslų profesorius iš USC Davis School. Gerontologija ir USC ilgaamžiškumo instituto direktorius. Longo turi bendrą paskyrimą USC Dornsife literatūros, menų ir mokslų koledže.

„Kai badaujate, sistema bando taupyti energiją, o vienas iš dalykų, kuriuos ji gali padaryti, kad taupytų energiją, yra perdirbti daug nereikalingų imuninių ląstelių, ypač tų, kurios gali būti pažeistos“, - sakė Longo. „Tai, ką mes pradėjome pastebėti tiek savo žmonių, tiek gyvūnų darbe, yra tai, kad baltųjų kraujo kūnelių skaičius mažėja ilgai nevalgius. Tada, kai maitinate iš naujo, kraujo ląstelės grįžta. Taigi pradėjome galvoti, iš kur tai?

Pasninko ciklai

Ilgalaikis badavimas verčia organizmą naudoti gliukozės, riebalų ir ketonų atsargas, tačiau taip pat suardoma nemaža dalis baltųjų kraujo kūnelių. Longo efektą lygina su perteklinio krovinio lėktuvo palengvinimu.

Kiekvieno badavimo ciklo metu šis baltųjų kraujo kūnelių išeikvojimas sukelia pokyčius, kurie skatina kamieninėmis ląstelėmis pagrįstą naujų imuninės sistemos ląstelių regeneraciją. Visų pirma, ilgalaikis badavimas sumažino fermento PKA kiekį, kurį anksčiau Longo komanda atrado paprastų organizmų ilgaamžiškumui pailginti ir kuris kituose tyrimuose buvo susietas su kamieninių ląstelių savaiminio atsinaujinimo ir pluripotencijos reguliavimu, ty galimybe viena ląstelė išsivystys į daugybę skirtingų ląstelių tipų. Ilgalaikis badavimas taip pat sumažino IGF-1, augimo faktoriaus hormono, kurį Longo ir kiti siejo su senėjimu, naviko progresavimu ir vėžio rizika, lygį.

„PKA yra pagrindinis genas, kurį reikia išjungti, kad šios kamieninės ląstelės persijungtų į regeneracinį režimą. Tai leidžia kamieninėms ląstelėms pradėti daugintis ir atstatyti visą sistemą“, – paaiškino Longo, atkreipdamas dėmesį į klinikinių pritaikymų, imituojančių ilgalaikio badavimo poveikį imuninei sistemai atjauninti, potencialą. „Ir gera žinia ta, kad pasninko metu organizmas atsikratė sistemos dalių, kurios galėjo būti pažeistos ar pasenusios, neefektyvių dalių. Dabar, jei pradėsite nuo sistemos, kuri buvo labai pažeista chemoterapijos ar senėjimo, badavimo ciklai gali sukurti naują imuninę sistemą.

Ilgas badavimas taip pat apsaugojo nuo toksiškumo bandomajame klinikiniame tyrime, kurio metu nedidelė pacientų grupė nevalgė 72 valandas prieš chemoterapiją, pratęsiant įtakingus Longo tyrimus.

„Nors chemoterapija gelbsti gyvybes, ji daro didelę žalą imuninei sistemai. Šio tyrimo rezultatai rodo, kad badavimas gali sušvelninti kai kuriuos žalingus chemoterapijos padarinius“, – sakė bendraautorė Tanya Dorff, USC Norriso bendrojo vėžio centro ir ligoninės klinikinės medicinos docentė. "Reikia daugiau klinikinių tyrimų, ir bet kokia tokia dietinė intervencija turėtų būti atliekama tik vadovaujant gydytojui."

„Tiriame galimybę, kad šis poveikis būtų taikomas daugeliui skirtingų sistemų ir organų, ne tik imuninei sistemai“, – sakė Longo, kurio laboratorija atlieka tolesnius kontroliuojamų mitybos intervencijų ir kamieninių ląstelių regeneracijos tyrimus tiek gyvūnams, tiek gyvūnams. klinikiniai tyrimai.

Tyrimą palaikė Nacionalinis Nacionalinių sveikatos institutų senėjimo institutas (subsidijos numeriai AG20642, AG025135, P01AG34906). Klinikinį tyrimą palaikė V fondas ir Nacionalinių sveikatos institutų Nacionalinis vėžio institutas (P30CA014089).

Chia Wei-Cheng iš USC Davis buvo pirmasis tyrimo autorius. Gregoras Adamsas, Xiaoying Zhou ir Benas Lamas iš Eli ir Edythe plataus regeneracinės medicinos ir kamieninių ląstelių tyrimų centro USC Laura Perin ir Stefano Da Sacco iš Sabano tyrimų instituto, Los Andželo vaikų ligoninės Min Wei iš USC Davis Mario Mirisola iš universiteto Palermo Dorff ir David Quinn iš Keck medicinos mokyklos USC ir Johnas Kopchickas iš Ohajo universiteto buvo tyrimo bendraautoriai.

Daugiau istorijų apie: Dieta, kamieninės ląstelės


In vitro regeneraciją, antioksidacinį potencialą ir genetinio patikimumo analizę Asystasia gangetica (L.) T.Andersonas

Veiksmingas augalų regeneravimo protokolas per Tiesioginė ir netiesioginė organogenezė buvo sukurta iš lapų eksplantų Asystasia gangetica (L.), kultivuojamas Murashige ir Skoog (MS) terpėje, papildytoje įvairiomis auksino ir citokininų koncentracijomis ir deriniais. Maždaug 86% eksplantų išaugino tiesioginius ūglius MS terpėje, kurioje yra 0,5 mg L-1 6-benziladenino (BA) ir 10 μg L-1 triakontanolio (TRIA), o kiekviename lapo segmente buvo daugiausia 4,82 ± 0,29 ūglių. Gaminant kaliuso sukeltus augalus (netiesiogiai), pirmiausia kaliusas buvo sukeltas MS terpėje, kurioje buvo 2 mg L-1 2,4-dichlorfenoksiacto rūgšties (2,4-D), kuri vėliau buvo subkultūrinta terpėje su 0,1 mg L-1. naftaleno acto rūgšties (NAA), 0,5 mg L –1 BA ir 1–8 mg L –1 2-izopenteniladenino (2iP), kad išsivystytų organogeninis kaliusas ir vėlesnė ūglių indukcija. Ant MS terpės, papildytos 4 mg L-1 2iP, 0,5 mg L-1 BA ir 0,1 mg L-1 NAA, buvo gauta daugiausia 6,84 ± 0,05 ūglių viename nuospaudų gumulelyje. Šaknys išaugino šaknis, kai buvo auginamos pusės stiprumo MS terpėje, papildytoje 2 mg L-1 indol-3-sviesto rūgšties (IBA). In vitro padauginti daigai buvo grūdinti pagal dirvožemio apeigas ir aklimatizuoti prie lauko sąlygų, kurių išgyvenamumas buvo 85%. Aklimatizuotų augalų chlorofilo kiekis buvo panašus į motininio augalo chlorofilo kiekį, o regeneruotų augalų stomatų mikromorfologija nepastebėjo jokių anomalijų. Lapų metanolinio ekstrakto radikalų sugeriamumas ir antioksidacinis aktyvumas buvo matuojamas 2,2-difenil-1-pikrilhidrazilu (DPPH), plazmos geležies redukciniu gebėjimu (FRAP) ir fosfomolibdeno testu. Visuose eksperimentuose regeneruoti augalai turėjo didesnį antioksidacinį potencialą, o tai rodo, kad mikrodaugintus augalus galima panaudoti naujų biomolekulių išskyrimui. Be to, aklimatizuotų augalų genetinis homogeniškumas buvo patvirtintas PGR pagrįstais starto kodonais nukreiptais (SCoT) žymenimis ir ycf1b DNR brūkšninio kodavimo pradmenys, kuriuose buvo monomorfinės juostos, identiškos normaliam motininiam augalui, ir nepastebėta jokių pokyčių.

Tai prenumeruojamo turinio peržiūra, prieiga per jūsų įstaigą.


Neurogenezė, aksonogenezė ir ependiminis vamzdelis: nervų sistemos atkūrimas

Nugaros smegenų atkūrimas regeneruotoje uodegoje

Uodegos regeneracija apima ne tik kremzlinio skeleto išaugimą, bet ir nugaros smegenų atkūrimą. Driežams (taip pat ir salamandrai) nugaros smegenys pereina nuo smegenų pagrindo iki beveik uodegos galo. Priešingai, tarp žinduolių nugaros smegenys baigiasi kaukolės kryptimi iki dubens ir niekada neįeina į uodegą. Viso ilgio driežo nugaros smegenys turi konservuotą morfologiją, iš esmės identišką žinduolių morfologiją: centrinis kanalas (ištisinis su smegenų skilvelių sistema), apsuptas ependiminių ląstelių įvorės arba vamzdelio, apsuptas pilkosios medžiagos (neuronų). ląstelių kūnai) ir baltoji medžiaga (nervų takeliai) (3A pav.). Reguliariais intervalais nugaros smegenis riboja nugaros šaknų ganglijos ir stuburo nervai. Uodegos autotomijos metu nupjaunamos nugaros smegenys ir nugaros nervai. Per kelias dienas prasideda atsinaujinančių stuburo smegenų augimas, kai ependiminės ląstelės, esančios netoli plyšimo vietos, pirmiausia dauginasi, o vėliau susirenka į vamzdelį primenančią struktūrą, gaubiančią centrinį kanalą (McLean ir Vickaryous, 2011). Ependiminio vamzdelio atauga glaudžiai atitinka aksonogenezę, nupjautų aksonų ataugimą. Naujai susidarę nervų traktai atsiranda iš nugaros šaknies ganglijų likusiame uodegos kelme ir nusileidžiančių traktų iš pirminės nugaros smegenų baltosios medžiagos (Bellairs ir Bryant, 1985) (3B pav.). Akivaizdu, kad regeneruotose nugaros smegenyse nėra pilkosios medžiagos, taip pat naujojoje uodegoje neatsistato nugaros šaknies ganglijos, visa pakaitinė inervacija kyla iš proksimalesnių neuronų struktūrų (Bellairs ir Bryant, 1985). Nors tai visiškai prieštarauja situacijai salamandrose, kai uodegos regeneracijos metu nugaros smegenys ir nugaros šaknų ganglijos yra beveik tobulai pakeistos (Mchedlishvilli ir kt., 2012), verta paminėti, kad regeneruota driežo uodega yra visiškai funkcionali ( Arnoldas, 1984 Bellairs and Bryant, 1985). Kaip ir originalus priedas, jei regeneruotos uodegos yra automatizuotos, jos taip pat gali energingai judėti, kad atitrauktų plėšrūnų dėmesį (Meyer ir kt., 2002).

Nervų sistemos atnaujinimas. Nors uodegą automatizuojantys driežai, tokie kaip Eublepharis macularius (leopardo gekonas) gali atkurti nugaros smegenis uodegos regeneracijos metu, pakeitimui trūksta originalumo. (A) Kaip ir kitų driežų, originalias uodegos stuburo smegenis sudaro vamzdinis ependiminių ląstelių išdėstymas (apgaubiantis centrinį kanalą), apsuptas pilkosios medžiagos (investuotos į neuronų ląstelių kūnus) ir baltosios medžiagos (nerviniai traktai, pažymėti RT97). ). (B) Visiškai regeneruotos nugaros smegenys apima ependiminį vamzdelį ir baltąją medžiagą, tačiau akivaizdžiai trūksta pilkosios medžiagos. (C) Scheminė leopardo geko smegenų iliustracija. (D) reprezentatyvi skersinė pjūvis per kairįjį telencefaloną. (E) Radialinė glia (čia pažymėta GFAP) skilvelių zonoje yra savaime atsinaujinantis naujų neuronų šaltinis ir suteikia pastolių neuroblastų migracijai. Kai neuroblastai patenka į medialinės žievės ląstelių sluoksnį, jie tampa neuronais. Santrumpos: cb, smegenėlių DAPI, 4′-6-diamino-2-fenilidolis (branduolinis žymeklis) di, diencefalonas et, ependiminis vamzdelis GFAP, glijos fibrilinės rūgšties baltymas (radialinis glia ląstelių žymuo) gm, pilkoji medžiaga ipl, vidinis plexiforminis sluoksnis lv , šoninio skilvelio mc, medialinė žievės ob, uoslės lemputė ot, optinis tectum sc, nugaros smegenys RT97, neurofilamentinis žymeklis tel, telencephalon vz, skilvelių zona wm, baltoji medžiaga. Visos mastelio juostos, 10 μm (išskyrus D, 50 μm).

Nervų sistemos atnaujinimas. Nors uodegą automatizuojantys driežai, tokie kaip Eublepharis macularius (leopardo gekonas) gali atkurti nugaros smegenis uodegos regeneracijos metu, pakeitimui trūksta originalumo. (A) Kaip ir kitų driežų, originalias uodegos stuburo smegenis sudaro vamzdinis ependiminių ląstelių išdėstymas (apgaubiantis centrinį kanalą), apsuptas pilkosios medžiagos (investuotos į neuronų ląstelių kūnus) ir baltosios medžiagos (nerviniai traktai, pažymėti RT97). ). (B) Visiškai regeneruotos nugaros smegenys apima ependiminį vamzdelį ir baltąją medžiagą, tačiau akivaizdžiai trūksta pilkosios medžiagos. (C) Scheminė leopardo geko smegenų iliustracija. (D) reprezentatyvi skersinė pjūvis per kairįjį telencefaloną. (E) Radialinė glia (čia pažymėta GFAP) skilvelių zonoje yra savaime atsinaujinantis naujų neuronų šaltinis ir suteikia pastolių neuroblastų migracijai. Kai neuroblastai patenka į medialinės žievės ląstelių sluoksnį, jie tampa neuronais. Santrumpos: cb, smegenėlių DAPI, 4′-6-diamino-2-fenilidolis (branduolinis žymeklis) di, diencefalonas et, ependiminis vamzdelis GFAP, glijos fibrilinės rūgšties baltymas (radialinis glia ląstelių žymuo) gm, pilkoji medžiaga ipl, vidinis plexiforminis sluoksnis lv , šoninio skilvelio mc, medialinė žievės ob, uoslės lemputė ot, optinis tectum sc, nugaros smegenys RT97, neurofilamentinis žymeklis tel, telencephalon vz, skilvelių zona wm, baltoji medžiaga. Visos mastelio juostos, 10 μm (išskyrus D, 50 μm).

Neurogenezė driežo smegenyse

Fiziologinė neurogenezė

Šiuo metu plačiai pripažįstama, kad visi suaugę stuburiniai gyvūnai gali generuoti naujus neuronus – tai procesas, žinomas kaip fiziologinė neurogenezė (žr. žodynėlį Kaslin ir kt., 2008). Žinduoliams fiziologinė neurogenezė apsiriboja dviem atskiromis sritimis: smegenų žievės subventrikulinėje zonoje (SVZ) ir dantytosios giros subgranulinėje zonoje (Kaslin ir kt., 2008). Tačiau daugeliui ne žinduolių stuburinių gyvūnų, įskaitant žuvis (Kizil ir kt., 2012 Zupanc, 2001), salamandras (Maden ir kt., 2013), įvairius paukščius (Alvarez-Buylla ir kt., 1994) ir driežus (pvz., Perez-Cañellas ir García-Verdugo, 1996 Marchioro ir kt., 2005, žr. Font ir kt., 2001), fiziologinė neurogenezė paprastai vyksta daugelyje smegenų sričių. Tarp driežų šios neurogeninės sritys apima keletą telencefalono sričių (pvz., nugaros ir šoninė smegenų žievė, priekinė nugaros skilvelio ketera, nucleus sphericus), taip pat uoslės lemputė ir smegenėlės (Font ir kt., 2001). Tačiau fiziologinė neurogenezė geriausiai suprantama medialinėje (smegenų) žievėje (3C–E pav.), kuri yra žinduolių dantytinio žiedo atitikmuo (ir tikriausiai dalyvauja mokymosi vietoje ir santykinėje atmintyje, žr. Naumann ir kt., 2015). Nauji neuronai generuojami nedideliu atstumu nuo medialinės žievės, gretimoje skilvelių zonoje (VZ). VZ yra pseudostratifikuotas epitelis, išklojęs smegenų skilvelių sistemą (3D, E pav.). Nors roplių VZ skiriasi nuo geriau žinomo žinduolių SVZ, atrodo, kad šie du regionai atlieka panašius vaidmenis kaip proliferacinės neurogeninės nišos (García-Verdugo ir kt., 2002 Kaslin ir kt., 2008). Pagrindiniai ląstelių tipai, esantys VZ, yra ependiminės ląstelės ir radialinė glia (žr. žodyną, dar vadinamą ependimoradialine glia). Radialinė glia paprastai pripažįstama kaip naujų neuronų pirmtakas arba šaltinis (Delgado-Gonzalez ir kt., 2011). Labiausiai tikėtinas scenarijus yra toks, kad radialinė glia VZ viduje pasiskirsto asimetriškai, todėl savaime atsinaujina ir sukelia migruojančią dukterinę ląstelę arba neuroblastą. Tada neuroblastai keliauja į žievę, kad išsiskirtų, ir tampa struktūriškai subrendusiais (ir tikriausiai visiškai funkcionuojančiais) neuronais.

Nors fiziologinė neurogenezė gali būti gana dažnas reiškinys tarp driežų, įrodymai rodo, kad bent jau kai kuriose rūšyse ji yra sezoniškai kintama (reiškinys, apie kurį pranešta ir paukščiams giesmininkams Brenowitz ir Larson, 2015). Pavyzdžiui, neurogenezė, susijusi su uoslės sistema Gallotia galloti (Gallot's lizard) rodo, kad vasarą labai sumažėjo neuroblastų, migruojančių į uoslės svogūnėlius, skaičius (Delgado-Gonzalez ir kt., 2011). Remiantis šiais pastebėjimais, gali būti, kad G. galloti rodo atitinkamą sezoninį uoslės gebėjimų svyravimą – tai intriguojanti prognozė, kurią verta toliau tirti. Tas pats tyrimas taip pat pranešė, kad neurogenezės užbaigimo laikas buvo daug ilgesnis G. galloti (90 dienų) nei kitoms rūšims (pvz., 7 dienos in Podarcis ispanicus, Iberijos sieninis driežas Lopez-Garcia ir kt., 1990). Nesvarbu, ar šis lyginamasis vėlavimas atspindi rūšiai būdingus skirtumus, ar yra (pavyzdžiui) eksperimentinių gyvūnų chronologinio amžiaus skirtumų rezultatas ( G. galloti tirtų buvo ~6 metų amžiaus P. ispanicus nebuvo nurodyta) lieka neaiški (Molowny ir kt., 1995 Delgado-Gonzalez ir kt., 2011).

Kompensacinė neurogenezė

Be konstitucinės neurogenezės, bent kai kurios teleostinės žuvys, salamandrai ir driežai taip pat geba generuoti naujus neuronus reaguodamos į smegenų sužalojimus, vadinamąją kompensacinę neurogenezę (Font ir kt., 1991, 1997 Kizil ir kt., 2012 Maden). ir kt., 2013). Driežams antimetabolitas 3-acetilpiridinas (3AP, nikotinamido antagonistas) buvo naudojamas chemiškai nukreipti į neuronus, esančius medialinės žievės ląstelių sluoksnyje. Naudojant P. ispanicus, vienkartinis gydymas 3AP sukelia 34–97% medialinės žievės neuronų apoptozę (Font ir kt., 1991, 1997). Gydytiems driežams greitai išsivysto įvairūs elgesio pokyčiai, atitinkantys neurotoksiškumą, taip pat atsiranda problemų dėl erdvinės atminties ir grobio gaudymo (nors ne vaikštant ar valgant Font ir kt., 1991, 1997). Per 10 dienų po gydymo elgesio sutrikimai nebėra akivaizdūs, o praėjus 42–49 dienoms po gydymo medialinės smegenų žievės neuronų populiacijos atrodo beveik atkurtos. Įdomu tai, kad nors kompensacinė neurogenezė per 7 savaites atkuria stipriai pažeistą vidurinę smegenų žievę, neuronų atstatymas gretimoje srityje (dorsomedialinėje žievėje), kuri, palyginti su 3AP, yra nežymiai pažeista, yra labiau kintama (Font ir kt., 1997). ).

Remiantis šiais atradimais, taip pat buvo ištirtas kompensacinės neurogenezės gebėjimas atstatyti fizinį pažeidimą (nugarinės žievės pjūvis). G. galloti (Romero-Alemán ir kt., 2004). Within days, proliferating immune cells of the central nervous system (microglia and macrophages) are observed at the wound site. In the following 2–4 weeks, proliferation is additionally upregulated at the VZ adjacent to the injury. This marked increase in proliferation persists for 240 days, suggesting ongoing tissue restoration, though immune cells return to baseline numbers during this time. To date, the full extent to which the lizard brain can regenerate from a direct physical lesion is unclear.

Restoring the optic nerve

Another region of the central nervous system demonstrating variable responses to injury is the optic nerve. The optic nerve consists of axons from retinal ganglion cells, which integrate and relay visual information from the retina of the eye to visual centres in the brain (Fischer and Leibinger, 2012 Wang et al., 2012). In mammals and birds, damage to these axons can result in vision loss, as retinal ganglion cells degenerate and undergo cell death (Lang et al., 1998, 2017 Williams, 2017). Cellular degeneration and the inability to restore the visual pathway in these species appears to be the result of a complex inhibitory microenvironment, related to the formation of a glial scar (rich in proteoglycans and glial cells) and various axon-impeding proteins such as Nogo-A (Dunlop et al., 2004 Lang et al., 2017). As might be expected, species capable of restoring vision after injury to the optic nerve (e.g. zebrafish) are characterized by retinal ganglion cell survival (Zou et al., 2013), and the absence of axon inhibitory proteins such as Nogo (Abdelesselem et al., 2009) and a glial scar (Bollaerts et al., 2017). Paradoxically, the optic nerve of some lizard species can regenerate, even though they express Nogo-A and form a glial scar (Lang et al., 1998, 2017). Optic nerve regeneration is particularly efficient in Ctenophorus ornatus (the ornate dragon lizard), with the crushed optic nerve outgrowing to re-contact the optic tectum within 1 month (Beazley et al., 1997 Dunlop et al., 2004). Although excitatory and inhibitory neurotransmission is dysfunctional following regeneration, and vision is not spontaneously returned, lizards can regain sight with training (Beazley et al., 2003). One explanation, based on in vitro experiments, is that retinal ganglion cells of lizards are insensitive to the inhibitory signals that otherwise obstruct mammalian axon outgrowth. Using an explant strategy, mammalian (rat) dorsal root ganglia and lizard (Gallot's lizard) retina were cultured on each of mammalian and lizard glial cells. Whereas both these environments inhibited regrowth of mammalian axons, neither inhibited the regrowth of lizard axons (Lang et al., 1998). Combined, these data reveal a surprising diversity across vertebrates in how the optic nerve responds to injury, with lizards uniquely interposed between full functional restoration and regenerative failure.


Anotacija

Methods are described for the enzymatic release of protoplasts from leaves of Petunia hybrida and for the utilization of protoplasts in studies in plant developmental biology. As a result of spontaneous fusion during cell wall degradation of leaf material, fresh preparations can contain a high proportion of multinucleate protoplasts. This level can be dramatically reduced by a gradual plasmolysis of the material prior to enzyme incubation.

Leaf protoplasts maintained in liquid media are seen to undergo cell wall synthesis, “budding,” and limited regenerated cell division sometimes associated with anthocyanin production. Under such conditions, multinucleate cells are formed as a result of mitosis without cytokinesis.

Protoplasts, plated out in a fully defined medium, undergo cell wall synthesis followed by sustained progeny cell division with eventual cell colony production. Cell colonies, derived from individual mesophyll protoplasts, grow rapidly upon subculture, to produce callus capable of shoot differentiation and ultimately whole plant formation. Protoplasts isolated from varieties of P. hybrida were found to differ in their cultural requirements.

This work was supported by a grant from the Agricultural Research Council.


[WEBINAR] 2, 4 & 7 June 2021: The role of the Solidarity Economy to enhance the impact of NBS in urban regeneration projects

On 2, 4 & 7 June: URBiNAT is hosting an Online Seminar Series on the role of the Solidarity Economy to enhance the impact of NBS being implemented as part of urban regeneration programmes.

Discussions will look at how the NBS concept can be expanded to take into account the social and solidarity economy NBS, and recognize the importance of the solidarity economy in times of crises and uncertainty.

The conceptual foundation of the URBiNAT is based on active involvement of citizens in the development and implementation of Nature-based Solutions. Through participatory processes, the co-creation of NBS have a beneficial impact on the environment but also on the well-being and economic situation of citizens.

The solidarity economy, in its various forms, is viewed as a means to reduce economic inequalities. Solutions include solidarity markets, social currencies, short food supply chains, and solidarity purchase groups.

The Seminar Series will take place over three days, with debates and presentations made by URBiNAT cities:

  • Part 1: Urban public space: commons, justice and social reproduction
  • Part 2: The socio-economy practices for neighbourhoods revitalisation
  • Part 3: The sustainability of nature-based solutions and solidarity economy

The Seminar will involve partners and cities working on socio-economic issues to share knowledge and experience gather experts from university, research centres, international network and URBiNAT scientific commission also, the sisters’ projects to dialogue with us, namely sharing their best practices in the solidarity economy dimensions. After the Seminar, the URBiNAT intends to organize a special edition of the CES context edition, periodical publication from CES to disseminate the reflection and debate results.

URBiNAT recognizes the social and solidarity economy as an opportunity to build a different urban space and to analyse its complexity. In fact, the project assumes it as one of the dimensions for the implementation of nature-based solutions (NBS). The functionality of public spaces can expand with solidarity economy initiatives, diversifying the way citizens use the urban spaces. SE reveals a strong territoriality and connection to physical space – it may range from individual self-provisioning and informal small-scale economic circuits localized and operating within a limited territorial scope to networking on a larger area (region or national level). In some cases, territoriality is linked to culture, thus enabling community culture to develop territorial identity circuits.

The Online Seminar Series is organized in a multi-stakeholder and co-production perspective. Different audiences could participate and engage in this knowledge sharing space, citizens, technicians, political representatives, researchers, practitioners.


Author Contributions

TG collectedand cultured the animals, performed the regeneration, and EdU experiments, as well as the light and confocal microscopy, drew the figures, carried out the statistical analysis, and prepared the histological sections. TG and LM analyzed the histological sections and microscopy images and interpreted the regeneration processes. AKU and DH performed the transcriptome and phylogenetic analyses. TG and NS conceived the study and interpreted the data. NS supervised the study and drafted the manuscript together with TG. All authors contributed to the article and approved the submitted version.


Ya-Chieh Hsu, Ph.D.

Skin, the largest organ we have, protects us from insults and dehydration, and facilitates sensory perception and thermoregulation. These multifaceted functions are accomplished by a rich diversity of cell types within the skin. Throughout life, the epidermis and its appendages, the hair follicles, possess remarkable capacity to renew themselves during homeostasis and to heal themselves upon injury. These features necessitate multiple resident reservoirs of stem cells. Together, the skin represents an ideal paradigm for studying stem cells and their interactions with surrounding microenvironments, or niches.

We use a wide variety of approaches and techniques, including molecular, cellular, genetic and genomic tools, to investigate how stem cell behaviors are regulated by their downstream progeny, their niches, and at systemic level. We aim to understand how these regulations occur in a precise manner to meet various physiological demands, how communications between stem cells and their niches facilitate an organ to adapt, and how dysregulated stem cell behaviors lead to diseases.

Skin is our primary model system, but we are also exploring other epithelial tissues to determine the extent to which these mechanisms are shared or separate.

Biosketch

Ya-Chieh Hsu is the Alvin and Esta Star Associate Professor of Stem Cell and Regenerative Biology at Harvard University, and a Principal Faculty Member at the Harvard Stem Cell Institute. She is supported by a K99-R00 pathway to independence award from NIH, and is a past recipient of the Starr Stem Cell Foundation Fellowship and the NYSCF-Druckenmiller Fellowship.


Žiūrėti video įrašą: - Дизельные VOLVO - САЖЕВЫЙ ФИЛЬТР DOF, EGR клапан, передув турбины - ремонт (Sausis 2023).