Клетки аксолотлей с рождения помнят, какую часть лапы им в случае чего нужно восстанавливать.

Аксолотли могут отрастить себе новую ногу, новый глаз, новое сердце и даже некоторые фрагменты мозга. Утрата части тела побуждает местные стволовые клетки активно делиться, попутно приобретая нужную специализацию – та же нога состоит из разных типов клеток, там есть кости, мышцы и т. д. Но стволовые клетки не просто должны в нужный момент превратиться в кость или мышцу, они должны сделать это в соответствии с общим планом тела. Взять, например, пальцы: они неодинаковы, и отличаются друг от друга в зависимости от расположения – может быть, не так сильно, как наши, но на лапах у аксолотлей тоже можно выделить условный большой палец и условный мизинец. И при регенерации на месте «большого пальца» должен появиться именно новый «большой палец», а не «мизинец». Клетки во время регенерации должны помнить о том, какую часть утраченной ноги они регенерируют, и они должны помнить это от регенерации к регенерации – каждый раз нога должна получаться такой, какой была раньше.

То, что такая память у клеток есть, поняли давно, но только сейчас удалось расшифровать молекулярный механизм, который тут работает. Клеточное поведение в большой степени управляется белками-регуляторами, влияющими на активность генов и других белков. Когда аксолотль теряет кисть, в передней («большепальцевой») части оставшейся конечности активируется белок-регулятор FGF8, в задней («мизинцевой») – белок-регулятор Shh. Но почему один включается в одном месте, а другой в другом? Сотрудники австрийского Института молекулярных биотехнологий пишут в Nature, что причина тому – постоянные молекулярные отличия в разных частях аксолотлевой лапы, которые закладываются ещё во время эмбрионального развития.

В задней («мизинцевой») части лапы всегда синтезируется небольшое количество транскрипционного фактора Hand2 – как все транскрипционные факторы, этот белок влияет на активность определённых генов. Когда аксолотль теряет кисть, уровень Hand2 резко повышается, и следом повышается активность вышеупомянутого Shh. Дальше уже Shh выходит из клеток и руководит регенерирующей тканью так, чтобы тут формировалась именно задняя часть лапы. До клеток в передней части ноги эти молекулярные сигналы не доходят, и, соответственно, они работают так, чтобы сформировать «большепальцевую» часть лапы. После того, как лапа восстановилась, активность Hand2 падает, но не полностью, и если что-то случится снова, всё повторится.


Иными словами, вялотекущий синтез Hand2 поддерживает у клеток память места – благодаря ему они помнят, как именно они должны наращивать утрачиваемые структуры. При этом нельзя сказать, что клетки передней части лапы в принципе нечувствительны к сигналам Hand2–Shh. Если клетки из передней части пересаживали в заднюю, где из-за Hand2 выделялось много Shh, то они начинали работать так, как будто всегда тут были – то есть, будучи взяты из передней части лапы, они начинали регенерировать её заднюю часть. В этом смысле регенерация выглядит достаточно пластичной, коль скоро клетки могут переключаться с одной задачи на другую.