To je jedna od misterija prirode: kako se aksolotl, mali daždevnjak, može pohvaliti sposobnošću poput superheroja da ponovo izraste skoro svaki deo svog tela? Godinama su naučnici proučavali neverovatna regenerativna svojstva aksolotla kako bi informisali o zarastanju rana kod ljudi.
Sada su istraživači Stanfordske medicine napravili iskorak u razumevanju po čemu se aksolotl razlikuje od drugih životinja. Aksolotli, otkrili su, imaju ultra-osetljivu verziju mTOR-a, molekula koji deluje kao prekidač za uključivanje-isključivanje za proizvodnju proteina. I, poput onih koji preživljavaju koji pune svoje podrume nekvarljivom hranom za teška vremena, ćelije aksolotla gomilaju molekule RNK glasnika, koji sadrže genetska uputstva za proizvodnju proteina.
Kombinacija lako aktiviranog mTOR molekula i spremišta mRNK spremnih za upotrebu znači da nakon povrede, aksolotl ćelije mogu brzo proizvesti proteine potrebne za regeneraciju tkiva. Novi nalazi su objavljeni 26. jula u časopisu Nature.
„Do sada je bilo teško odrediti specifičnu promenu u jednom molekulu u aksolotlima koja je bila toliko kritična za regenerativni potencijal“, rekla je Marija Barna, vanredni profesor genetike i viši autor rada. „Napravili smo značajan napredak ka razumevanju kako bismo na kraju mogli da manipulišemo mTOR putem da bismo povećali regenerativni potencijal kod ljudi.
U prošlosti, istraživači su pokušavali da shvate kako aksolotl obnavlja čitave delove tela – uključujući noge, repove, oči, pa čak i srce – fokusirali su se na to kako se nivoi molekula mRNK menjaju nakon povrede aksolotla. Naučnici su dugo koristili nivoe mRNA molekula kao zamene za nivoe proteina; na kraju krajeva, mRNA mora postojati pre nego što se može proizvesti protein. Međutim, ove studije samo bacaju svetlo na ono što se dešava sa proizvodnjom molekula iRNK nakon povrede – a ne na ono što se dešava sa prevođenjem mRNK u proteinske proizvode.
„Postoje stotine transkripata mRNK koji se pojavljuju nakon rane, ali istraživači su se zaista borili da shvate šta je to kod daždevnjaka što bi moglo da objasni njihov regenerativni potencijal“, rekao je Barna.
Njena laboratorija je imala drugačiji pristup, fokusirajući se na to koji su molekuli iRNK u blizini rane bili pričvršćeni za ribozome, male molekularne mašine koje stvaraju proteine. To je pomoglo naučnicima da utvrde koji su proteini nastali, a ne koji molekuli mRNK lutaju u blizini mesta povrede. Obično, kada se ćelije suoče sa stresom (kao što je posle povrede), one smanjuju ukupnu proizvodnju proteina da bi uštedele energiju, tako da je Barnina grupa očekivala da će videti manje mRNA molekula vezanih za ribozome. Umesto toga, videli su više.
„Bilo je to okretanje za 180 stepeni kada smo shvatili da kada aksolotl izgubi ud, on zapravo povećava sintezu proteina uprkos troškovima energije“, rekao je Barna.
Dalji eksperimenti su pokazali da ćelije aksolotla „zalihe“ mRNK, prevodeći manje od 20% iste u bilo kom trenutku. Kada su istraživači analizirali kako aksolotli reaguju na povrede, otkrili su da se aktivira sinteza proteina, što dovodi do prevođenja stotina zaliha transkripata. To dugoročno skladištenje je takođe objasnilo brzinu kojom se odvijala sinteza proteina tokom regeneracije.
„Imali smo osećaj da bi bliže posmatranje sinteze proteina bilo važno“, rekla je dr Olena Žulin, postdoktorant i glavni autor studije. „Ali nikada za milion godina nismo očekivali da će sinteza proteina biti ključ za misteriju regeneracije aksolotla.“
Ostalo je pitanje: Šta je aktiviralo mRNK i nateralo ih da se vežu za ribozome nakon što aksolotli izgube deo tela? Istraživači su primetili da mnogi od zaliha molekula iRNK imaju zajedničku sekvencu nukleotida na jednom kraju iRNK za koju se znalo da je regulisana enzimom mTOR da bi se promovisala proizvodnja proteina.
Istraživanje je otkrilo da je protein aksolotl mTOR veoma osetljiv – sorta aksolotla je sadržala genetsku promenu, proširenje u sekvenci, koje se vidi samo kod aksolotla i srodnih daždevnjaka.
Istražujući dalje, Barna i njen tim sarađivali su sa istraživačima na Univerzitetu Kalifornije u San Francisku da ispitaju strukturne razlike između aksolotl mTOR i mTOR sisara.
Kod ljudi i miševa, mTOR (i rezultirajuća proizvodnja proteina) se aktivira samo kada postoji višak hranljivih materija. Drugim rečima, ćelije sisara koriste mTOR da prave proteine samo u najboljim vremenima. Ali kod aksolotla, nakon što povreda prouzrokuje oštećenje ćelija i razgradnju mnogih molekula, mala navala hranljivih materija je dovoljna da se ultra-osetljivi mTOR prebaci u njegovo aktivno stanje, uključujući ćelijske fabrike koje prave nove proteine.
„Pronalaženje ove genetske promene bio je šok – mTOR je drevni enzim koji je isti u gotovo svim organizmima“, rekao je Žulin. „Ali u aksolotlima smo videli evoluciju novih sekvenci i strukture koja je promenila svoja osnovna svojstva.“
Kada su Barna i njene kolege blokirale mTOR lekom koji se koristio za sprečavanje proizvodnje proteina i deobe ćelija kod karcinoma, životinje više nisu mogle da ponovo izrastu udove. Aksolotl mTOR je preosetljiv na stimulaciju (u ovom slučaju, povredu), ali nije aktivniji od mTOR sisara, otkrili su. To je ključ, rekao je Barna – hiperaktivni mTOR je povezan sa rastom tumora kod mnogih ljudskih karcinoma. S obzirom da aksolotl mTOR ne pokazuje hiperaktivnost, to bi moglo objasniti izuzetnu otpornost na rak koja se vidi kod aksolotla, rekla je ona.
Potrebno je više istraživanja da bi se ispitalo da li bi promena ili stimulacija mTOR-a kod ljudi mogla poboljšati zarastanje rana ili podstaći regeneraciju oštećenih, bolesnih organa, rekao je Barna.
„Mislim da još treba naučiti mnogo lekcija o tome kako ova stroga kontrola translacije mRNA omogućava zarastanje rana i regeneraciju tkiva“, rekao je Barna. „Postoji čitav novi svet koji treba otkriti kada je u pitanju i osnovna biologija prevođenja i lečenja.“
