Guérit avant le mariage: prolifération cellulaire et capacités régénératrices des méduses

Qu'est-ce que Wolverine, Deadpool et les méduses ont en commun? Tous ont une fonctionnalité étonnante - la régénération. Bien sûr, dans les bandes dessinées et les films, cette capacité, courante chez un nombre extrêmement limité de vrais organismes vivants, est légèrement (et parfois très) exagérée, mais elle reste bien réelle. Et ce qui est réel peut être expliqué par ce que les scientifiques de l'Université de Tohoku (Japon) ont décidé de faire dans leur nouvelle étude. Quels processus cellulaires dans le corps des méduses sont associés à la régénération, comment ce processus se déroule-t-il et quels autres super pouvoirs ces créatures ressemblant à de la gelée possèdent-elles? Le rapport du groupe de recherche nous en parlera. Allons-y.

Base d'étude

Tout d'abord, les scientifiques expliquent pourquoi ils ont décidé de concentrer leur attention sur les méduses. Le fait est que la plupart des recherches dans le domaine de la biologie sont menées avec la participation d'organismes dits modèles: souris, mouches des fruits, vers, poissons, etc. Mais il y a des millions d'espèces vivant sur notre planète, dont chacune a l'une ou l'autre capacité unique. Par conséquent, il est impossible d'évaluer pleinement le processus de régénération cellulaire en étudiant une seule espèce et de supposer que le mécanisme étudié sera commun à toutes les créatures sur Terre.



Quant aux méduses, ces créatures avec leur apparence parlent de leur unicité, qui ne peut qu'attirer l'attention des scientifiques. Par conséquent, avant de procéder à la dissection de l'étude elle-même, j'ai rencontré son personnage principal.

Le mot "méduse", que nous appelions autrefois une créature en tant que telle, se réfère en fait uniquement à l'étape du cycle de vie, frappant du sous-type des médusozoaires . Les gens qui ont un nom si inhabituel en raison de la présence de cellules piquantes (knidocyte) dans leur corps, qui sont utilisées pour la chasse et l'auto-défense. Autrement dit, lorsqu'une méduse vous a piqué, vous pouvez remercier ces cellules pour la douleur et la souffrance.

Les knidocytes contiennent des knidocystes, une organite intracellulaire responsable de l'effet de picotement. Dans leur apparence et, par conséquent, leur méthode d'application, plusieurs types de knidocytes sont distingués, parmi lesquels:

• pénétrants - fils aux extrémités pointues qui transpercent le corps de la victime ou du délinquant, comme des lances, injectant une neurotoxine;
• glutinants - fils collants et longs qui enveloppent la victime (pas les câlins les plus agréables);
• les volvents sont des fils courts dans lesquels la victime peut facilement se confondre.

Ces armes non standard en raison du fait que les méduses, bien que gracieuses, mais pas des créatures très agiles. La neurotoxine, qui pénètre dans le corps de la proie, la paralyse instantanément, ce qui laisse beaucoup de temps aux méduses pour une pause déjeuner.


Méduse après une chasse réussie.

En plus de la méthode inhabituelle de chasse et de défense, les méduses ont une reproduction très inhabituelle. Les mâles produisent du sperme, et les femelles produisent des œufs, après la fusion desquels se forment des planules (larves) qui se déposent au fond. Après un certain temps, un polype se développe à partir de la larve, à partir de laquelle, à sa maturité, les jeunes méduses se détachent littéralement (en fait, le bourgeonnement se produit). Ainsi, il y a plusieurs étapes du cycle de vie, dont l'une est la méduse ou la génération de méduses.


Le cyaney velu, également connu sous le nom de «crinière de lion».

Si on demandait au cyanure velu comment augmenter l'efficacité de la chasse, il répondrait - plus de tentacules. Il y en a environ 60 (grappes de 15 tentacules à chaque coin du dôme). De plus, ce type de méduse est considéré comme le plus grand, car le diamètre du dôme peut atteindre 2 mètres, et les tentacules pendant la chasse peuvent s'étirer jusqu'à 20 mètres. La bonne chose est que cette espèce n'est pas particulièrement "toxique", elle n'est donc pas mortelle pour l'homme.

Une guêpe de mer, à son tour, ajouterait de la qualité à la quantité. Cette espèce de méduse possède également 15 tentacules (3 m de long) à chacun des quatre coins du dôme, mais leur venin est plusieurs fois plus fort que celui d'un grand parent. On pense que la neurotoxine dans le corps de la guêpe de mer est suffisante pour tuer 60 personnes en 3 minutes. Cet orage des mers vit dans la zone côtière du nord de l'Australie et de la Nouvelle-Zélande. Selon les données de 1884 à 1996, 63 personnes sont décédées en Australie, mais ces données peuvent être inexactes et le nombre de rencontres mortelles entre une personne et une guêpe de mer peut être beaucoup plus important. Cependant, selon les données de 1991-2004, sur 225 cas, seulement 8% des victimes ont été hospitalisées, parmi lesquelles un décès (enfant de trois ans).


Guêpe de mer

Revenons maintenant à l'étude que nous envisageons aujourd'hui.

Du point de vue des cellules, le processus le plus important dans toute la vie de tout organisme est la prolifération cellulaire - le processus de croissance des tissus corporels par division cellulaire. Pendant la croissance du corps, ce processus régule l'augmentation de la taille du corps. Et lorsque le corps est complètement formé, les cellules proliférantes régulent l'échange physiologique des cellules et le remplacement des cellules endommagées par de nouvelles.

Streliki, étant un groupe apparenté de branches bilatérales et précoces du développement d'organismes multicellulaires, est utilisé depuis de nombreuses années pour étudier les processus évolutifs. Par conséquent, s'incliner ne fait pas exception dans l'aspect de la prolifération. Par exemple, lors du développement embryonnaire de l'anémone de mer Nematostella vectensis, la prolifération cellulaire est coordonnée avec l'organisation de l'épithélium et participe au développement des tentacules.


Nematostella vectensis

Entre autres, s'incliner, comme nous le savons déjà, est connu pour ses capacités régénératrices. Pendant des centaines d'années, les plus populaires parmi les chercheurs ont été considérés comme des hydra polypes (un genre d'intestin sédentaire d'eau douce de la classe des hydroïdes). La prolifération activée par les cellules mourantes déclenche la régénération de la tête hydra basale. Le nom même de cette créature fait allusion à une créature mythique connue pour sa régénération - l'hydre de Lerne, qu'Hercule pourrait vaincre.

Bien que les capacités régénératives aient pu être attachées à la prolifération, on ne sait pas exactement comment ce processus cellulaire se déroule dans des conditions normales à différentes étapes du développement du corps.

Les méduses, ayant un cycle de vie complexe composé de deux étapes de reproduction (végétative et sexuelle), constituent un excellent modèle pour étudier la prolifération.

Dans ce travail, le rôle du principal individu étudié a été joué par les méduses de l'espèce Cladonema pacificum. Cette espèce vit au large des côtes du Japon. Initialement, cette méduse a 9 tentacules principaux, qui commencent à se ramifier et à augmenter en taille (comme tout le corps) au cours du développement chez un adulte. Cette fonctionnalité vous permet d'étudier en détail tous les mécanismes impliqués dans ce processus.

En plus de Cladonema pacificum , l'étude a également examiné d'autres types de méduses: Cytaeis uchidae et Rathkea octopunctata .

Résultats de recherche

Afin de comprendre le schéma spatial de la prolifération cellulaire à Cladonema medusa, les scientifiques ont utilisé la coloration à la 5-éthynyl-2'-désoxyuridine (EdU), qui marque les cellules en phase S * ou les cellules qui l'ont déjà dépassée.

La phase S * est la phase du cycle cellulaire dans laquelle se produit la réplication de l'ADN.

Étant donné que Cladonema augmente considérablement en taille et présente une ramification des tentacules au cours du développement ( 1A - 1C ), la distribution des cellules proliférantes peut changer tout au long de la maturation.


Image n ° 1: Caractéristiques de la prolifération cellulaire dans le jeune cladonème.

En raison de cette caractéristique, il a été possible d'étudier le mécanisme de prolifération cellulaire chez les méduses jeunes (jour 1) et sexuellement matures (jour 45).

Chez les jeunes méduses, des cellules positives à EdU ont été trouvées en grand nombre dans tout le corps, y compris un parapluie, du manubrium (l'organe de support de la cavité buccale des méduses) et des tentacules, quel que soit le temps d'exposition à EdU ( 1D - 1K et 1N - 1O , EdU: 20 μM ( micromolaire) après 24 heures).

Dans le manubrium, un certain nombre de cellules EdU-positives ( 1F et 1G ) ont été trouvées, mais dans le parapluie leur distribution était très uniforme, en particulier dans la coquille externe du parapluie ( exumbrella , 1H - 1K ). Dans les tentacules, les cellules positives à EdU étaient fortement regroupées ( 1N ). L'utilisation d'un marqueur mitotique (anticorps PH3) a permis de vérifier que les cellules positives à EdU sont précisément des cellules proliférantes. Des cellules PH3 positives ont été détectées à la fois dans le parapluie et dans le bulbe du tentacule ( 1L et 1P ).

Dans les tentacules, les cellules mitotiques se trouvaient principalement dans l'ectoderme ( 1P ), tandis que dans le parapluie, les cellules proliférantes étaient situées dans la couche superficielle ( 1M ).


Image n ° 2: Caractéristiques de la prolifération cellulaire dans le cladonème mature.

Tant chez les jeunes individus que dans les cellules matures, EdU-positives ont été trouvées en grand nombre dans tout le corps. Dans le parapluie, les cellules positives à EdU étaient plus souvent trouvées dans la couche superficielle que dans la couche inférieure, ce qui est similaire aux observations chez les jeunes individus ( 2A - 2D ).

Mais dans les tentacules, la situation était quelque peu différente. Des cellules EdU-positives se sont accumulées à la base du tentacule (bulbe), où deux grappes ont été trouvées des deux côtés du bulbe ( 2E et 2F ). Chez les jeunes individus, des accumulations similaires ont également été observées ( 1N ), c'est-à-dire les bulbes tentaculaires peuvent être la principale zone de prolifération tout au long du stade médusoïde. Fait intéressant, dans le manubrium des adultes, le nombre de cellules positives à EdU était significativement plus élevé que chez les jeunes ( 2G et 2H ).

Le résultat intermédiaire est que la prolifération cellulaire peut se produire uniformément dans le parapluie des méduses, et dans les tentacules, ce processus est très localisé. Par conséquent, on peut supposer que la prolifération cellulaire uniforme peut contrôler la croissance corporelle et l'homéostasie tissulaire, mais des amas de cellules proliférantes près des bulbes des tentacules sont impliqués dans la morphogenèse des tentacules.

Dans l'aspect du développement du corps en tant que tel, la prolifération joue un rôle important dans la croissance du corps.


Image 3: L'importance de la prolifération dans la croissance d'un corps de méduse.

Afin de tester cela en pratique, les scientifiques ont suivi la croissance du corps des méduses, en commençant par les jeunes individus. Il est plus facile de déterminer la taille corporelle d'une méduse par son dôme, car elle se développe uniformément et en proportion directe avec le corps entier.

Sous une alimentation normale en laboratoire, la taille du dôme augmente considérablement de 54,8% au cours des 24 premières heures - de 0,62 ± 0,02 mm ² à 0,96 ± 0,02 mm ² . Au cours des 5 jours d'observation suivants, la taille a augmenté lentement et en douceur pour atteindre 0,98 ± 0,03 mm ² ( 3A - 3C ).

Les méduses de l'autre groupe, privées de nourriture, ne se sont pas développées, mais ont diminué (ligne rouge sur le graphique 3C ). L'analyse cellulaire des méduses affamées a montré la présence d'un très petit nombre de cellules EdU: 1240,6 ± 214,3 chez les méduses du groupe témoin et 433,6 ± 133 chez les affamés ( 3D - 3H ). Cette observation peut être une preuve directe que la nutrition affecte directement le processus de prolifération.

Pour tester cette hypothèse, les scientifiques ont effectué une analyse pharmacologique au cours de laquelle ils ont bloqué la progression du cycle cellulaire à l'aide d'hydroxycarbamide (CH ₄ N ₂ O ₂ ), un inhibiteur du cycle cellulaire qui provoque l'arrêt de G1. À la suite de cette intervention, les cellules en phase S précédemment détectées avec EdU ont disparu ( 3I - 3L ). Ainsi, les méduses exposées au CH ₄ N ₂ O ₂ n'ont pas montré de croissance corporelle, contrairement au groupe témoin ( 3M ).

L'étape suivante de l'étude a été une étude détaillée des tentacules ramifiés des méduses afin de confirmer l'hypothèse que la prolifération locale des cellules dans les tentacules contribue à leur morphogenèse.


Image 4: L'effet de la prolifération locale sur la croissance et la ramification des tentacules de méduses.

Les tentacules des jeunes méduses ont une branche, mais au fil du temps leur nombre augmente. En laboratoire, la ramification a augmenté 3 fois le neuvième jour des observations ( 4A et 4C ).

Encore une fois, lors de l'utilisation de CH ₄ N ₂ O ₂ , aucune ramification tentaculaire n'a été observée, et il n'y avait qu'une seule branche ( 4B et 4C ). Il est curieux que l'élimination du CH ₄ N ₂ O ₂ du corps des méduses ait rétabli le processus de ramification des tentacules, ce qui indique la réversibilité de l'intervention médicale. Ces observations indiquent clairement l'importance de la prolifération pour le développement des tentacules.

Les oxyures ne seraient pas des oxyures sans nématocytes (cnidocytes, c'est-à-dire des cellules oxyures). Chez une méduse de l'espèce Clytia hemisphaerica, les cellules en forme de tige dans les bulbes des tentacules livrent des nématocystes à l'extrémité des tentacules précisément en raison de la prolifération cellulaire. Naturellement, les scientifiques ont également décidé de vérifier cette affirmation.

Pour détecter tout lien entre les nématocystes et la prolifération, une tache de noyau a été utilisée qui peut marquer le poly-γ-glutamate synthétisé dans la paroi du nématocyste (DAPI, c'est-à-dire 4 ', 6-diamidino-2-phénylindole).

La coloration du poly-γ-glutamate nous a permis d'estimer la taille des nématocytes, variant de 2 à 110 μm ² ( 4D - 4G ). Un certain nombre de nématocystes vides ont également été détectés, c'est-à-dire que ces nématocytes étaient épuisés ( 4D - 4G ).

L'activité de prolifération dans les tentacules des méduses a été vérifiée en étudiant les vides dans les nématocytes après avoir bloqué le cycle cellulaire dû au CH ₄ N ₂ O ₂ . La proportion de nématocytes vides dans les méduses après l'intervention médicamenteuse était plus élevée que dans le groupe témoin: 11,4% ± 2,0% dans les méduses du groupe témoin et 19,7% ± 2,0% dans les méduses avec CH ₄ N ₂ O ₂ ( 4D - 4G et 4H ). Par conséquent, même après épuisement, les nématocytes continuent d'être activement alimentés en cellules progénitrices de la prolifération, ce qui confirme l'influence de ce processus non seulement sur le développement des tentacules, mais également sur la nématogenèse.

L'étape la plus intéressante a été l'étude des capacités de régénération des méduses. Compte tenu de la forte concentration de cellules prolifératives dans le bulbe tentaculaire des méduses Cladonema matures, les scientifiques ont décidé d'étudier la régénération des tentacules.


Image 5: L'effet de la prolifération sur la régénération des tentacules.

Après dissection des tentacules à la base, un processus de régénération a été observé ( 5A - 5D ). Au cours des 24 premières heures, la guérison s'est produite dans la région d'incision ( 5B ). Le deuxième jour des observations, la pointe a commencé à s'allonger et des ramifications sont apparues ( 5C ). Le cinquième jour, le tentacule était entièrement ramifié ( 5D ), par conséquent, la régénération du tentacule peut suivre la morphogenèse normale du tentacule après allongement.

Pour mieux étudier le stade initial de la régénération, les scientifiques ont analysé la distribution des cellules proliférantes en utilisant la coloration PH3 pour visualiser les cellules mitotiques.

Alors que les cellules en division étaient souvent observées près de la région amputée, les cellules mitotiques étaient dispersées dans des bulbes de tentacules témoins non coupés ( 5E et 5F ).

Une évaluation quantitative des cellules PH3 positives présentes dans les bulbes des tentacules a révélé une augmentation significative des cellules PH3 positives dans les bulbes des tentacules chez les individus avec des membres amputés par rapport au groupe témoin ( 5G ). En conclusion, les processus régénératifs initiaux s'accompagnent d'une augmentation active de la prolifération cellulaire dans les bulbes tentaculaires.

L'effet de la prolifération sur la régénération a été vérifié en bloquant les cellules avec CH ₄ N ₂ O ₂ après avoir coupé les tentacules. Dans le groupe témoin, l'extension du tentacule après l'amputation s'est produite normalement, comme prévu. Mais dans le groupe sur lequel CH ₄ N ₂ O _{2 a} été appliqué, l'allongement ne s'est pas produit, malgré une cicatrisation normale ( 5H ). En d'autres termes, la guérison se produira de toute façon, mais la prolifération est nécessaire pour une bonne régénération du tentacule.

Enfin, les scientifiques ont décidé d'étudier la prolifération dans d'autres espèces de méduses, à savoir Cytaeis et Rathkea .


Image 6: Comparaison de la prolifération des méduses des espèces Cytaeis (à gauche) et Rathkea (à droite).

Chez Cytaeis medusa, des cellules EdU-positives ont été observées dans le manubrium, les bulbes tentaculaires et dans la partie supérieure du parapluie ( 6A et 6B ). L'emplacement des cellules PH3 positives détectées dans Cytaeis est très similaire à Cladonema , cependant, il existe quelques différences ( 6C et 6D ). Mais à Rathkea, des cellules EdU-positives et PH3-positives ont été trouvées presque exclusivement dans la zone des bulbes de manubrium et de tentacule ( 6E - 6H ).

Il est également intéressant de noter que des cellules proliférantes ont souvent été détectées dans les reins de la méduse Rathkea ( 6E - 6G ), ce qui reflète le type de reproduction asexuée de cette espèce.

Compte tenu des informations reçues, on peut supposer que la prolifération cellulaire se produit dans les bulbes des tentacules en aucun cas seulement chez une espèce de méduse, bien qu'il existe des différences dues à la différence de physiologie et de morphologie.

Pour une connaissance plus détaillée des nuances de l'étude, je vous recommande de consulter le rapport des scientifiques .

Épilogue

Un de mes personnages littéraires préférés est Hercule Poirot. Le détective astucieux accordait toujours une attention particulière aux petits détails qui semblaient sans importance pour les autres. Les scientifiques rappellent beaucoup de détectives qui rassemblent toutes les preuves qui peuvent être trouvées pour répondre à toutes les questions de l'enquête et calculer le «coupable».

Peu importe à quel point cela peut sembler évident, la régénération des cellules de méduses est directement liée à la prolifération - un processus intégral dans le développement des cellules, des tissus et, par conséquent, de tout l'organisme. Une étude plus minutieuse de ce processus complet permettra une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires qui le sous-tendent, ce qui, à son tour, élargira non seulement le spectre de nos connaissances, mais affectera également directement nos vies.



Merci de rester avec nous. Aimez-vous nos articles? Vous voulez voir des matériaux plus intéressants? Soutenez-nous en passant une commande ou en le recommandant à vos amis, une réduction de 30% pour les utilisateurs Habr sur un serveur d'entrée de gamme analogique unique que nous avons inventé pour vous: Toute la vérité sur VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 cœurs) 10 Go DDR4 240 Go SSD 1 Gbps à partir de 20 $ ou comment diviser le serveur? (les options sont disponibles avec RAID1 et RAID10, jusqu'à 24 cœurs et jusqu'à 40 Go de DDR4).

Dell R730xd 2 fois moins cher? Nous avons seulement 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV à partir de 199 $ aux Pays-Bas! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - à partir de 99 $! Pour en savoir plus sur la création d'un bâtiment d'infrastructure. classe utilisant des serveurs Dell R730xd E5-2650 v4 coûtant 9 000 euros pour un sou?