Ученые Калифорнийского университета, Лос-Анджелес (University of California, Los-Angeles), получили информацию, объясняющую, как поврежденные клетки кожи и чувствительные нервные волокна координируют свою регенерацию после повреждения тканей.

Сандра Ригер (Sandra Rieger) и Альваро Сагасти (Alvaro Sagasti) установили, что восстановить тактильную чувствительность ткани помогает способствующий регенерации чувствительных нервных волокон химический сигнал, посылаемый поврежденными клетками кожи. Они пришли к выводу, что ключевым компонентом этого сигнала является находящаяся в ранах в высокой концентрации активная форма кислорода – перекись водорода.

Исследование, опубликованное в научном интернет-журнале с открытым доступом PLoS Biology, было проведено на эмбрионе рыбы-зебры – широко используемой экспериментальной модели для изучения развития и регенерации. Оптическая прозрачность этого эмбриона позволяет легко визуализировать чувствительные нервные волокна живых животных и оценивать их регенерацию.

Эмбрионы рыбы-зебры прозрачны. Это облегчает
изучение развития их внутренних органов.
(Фото: Image courtesy of MIT)

Восприятие тактильных раздражителей, таких как давление, температура или вредные химические вещества, достигается за счет периферических чувствительных аксонов, образующих в коже чрезвычайно разветвленные сети. После травмы клетки кожи (кератиноциты) размножаются и мигрируют, чтобы закрыть рану. Чтобы восстановить кожную чувствительность, должны регенерировать иннервирующие кожу периферические чувствительные (сенсорные) аксоны. Более ранние эксперименты на амфибиях и цыплятах показали, что поврежденная кожа способствует регенерации периферических аксонов, но молекулярные посредники этого эффекта установлены не были. Перекись водорода в течение долгого времени считалась токсичным побочным продуктом повреждения клеток, и только недавно ученые пришли к выводу, что низкие концентрации этого соединения могут активировать определенные молекулярные пути, регулирующие клеточное развитие. Вопрос же о том, может ли перекись водорода играть какую-либо роль в регенерации периферических аксонов, оставался неизученным.

Чтобы проверить, может ли травмированная кожа способствовать регенерации периферических аксонов, ученые ампутировали конец хвоста эмбриона рыбы-зебры и наблюдали за поведением близлежащих периферических сенсорных аксонов, используя для этого замедленную флуоресцентную микроскопию. Ампутация хвоста ускорила рост аксонов и позволила им проникнуть в те области кожи, в которых они обычно не развиваются. Ученые также обнаружили, что травмирование клеток кожи на каком-либо участке тела способствует регенерации близлежащих сенсорных аксонов, демонстрируя, что источником сигнала являются поврежденные кератиноциты. Добавление перекиси водорода к среде, в которой развивался неповрежденный эмбрион, имитировало способствующий регенерации аксонов эффект, производимый поврежденными клетками кожи. И наоборот, предотвращение выработки перекиси водорода блокировало способность поврежденных кератиноцитов стимулировать регенерацию аксонов. Вместе эти результаты доказывают, что выделяемая поврежденными клетками перекись водорода является ключевым компонентом сигнала, активирующего регенерацию аксонов.

«Эта работа поднимает несколько интересных вопросов о сигнальной функции перекиси водорода, связывающей поврежденную кожу и аксоны», – объясняет Сагасти. «Воспринимается ли перекись водорода аксонами непосредственно или она вызывает второй сигнал – от кератиноцитов? Или, возможно, чтобы стимулировать рост аксонов, она модифицирует внеклеточную микросреду? Какие пути в нейронах преобразуют стимулирующие рост сигналы в регенеративный рост аксонов?».

Ответы на эти вопросы помогут разработать новые методы лечения, способные не только восстановить целостность кожи, но и ее сенсорную функцию.

Статье в PLoS Biology

Hydrogen Peroxide Promotes Injury-Induced Peripheral Sensory Axon Regeneration in the Zebrafish Skin