Waarom salamanders perfecte staarten kunnen laten hergroeien, maar hagedissen niet

Universiteit van Pittsburgh

Nieuw onderzoek verklaart waarom staartregeneratie perfect is bij salamanders en onvolmaakt bij hagedissen – en kan helpen verklaren waarom muizen hun staarten helemaal niet kunnen regenereren.

Stamcellen in het ruggenmerg zijn de ultieme beperkende factor, zo melden wetenschappers in de Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Het traditionele diermodel voor regeneratie is de salamander,” zegt hoofdauteur Thomas P. Lozito, assistent-professor bij de afdeling orthopedische chirurgie, het Center for Cellular and Molecular Engineering, en het McGowan Institute for Regenerative Medicine aan de Universiteit van Pittsburgh.

“Salamanders kunnen een grote verscheidenheid aan weefsels regenereren – hersenen, hart, delen van hun ogen, ledematen, staarten – maar ze hebben hele klassen van molecuultypen en weefsels die gewoon niet bij zoogdieren worden gevonden, dus we zijn niet in staat geweest om veel van wat we in de salamander hebben gevonden op mensen toe te passen.”

“Je kunt een hagedis met een geregenereerde staart gemakkelijk herkennen. Die krijgt niets goed.”

Als het doel is om regeneratieonderzoek te vertalen naar niet-regenererende diersoorten zoals de mens, is de hagedis een veel beter model dan de salamander, aldus Lozito. Hagedissen zijn het meest verwant aan zoogdieren die een aanhangsel kunnen regenereren, en ze hebben een vergelijkbaar genoom en biochemie.

Hagedissen kunnen echter helemaal geen verloren ledematen regenereren, en hun geregenereerde staarten zijn veel eenvoudiger dan de originelen.

“Je kunt een hagedis met een geregenereerde staart gemakkelijk herkennen,” zegt Lozito. “Er klopt niets van. De schubben zijn anders; het kleurenpatroon is anders, en als je dan in de staart kijkt, zijn alle weefsels anders. Er is geen bot; het skelet is volledig kraakbenig, alleen buisjes binnen buisjes.”

Inzicht in wat perfecte regeneratie bij de salamander onderscheidt van onvolmaakte regeneratie bij de hagedis legt de basis voor het overbruggen van de kloof naar niet-regenererende soorten, zegt hij.

Lozito’s hagedis van keuze is de rouwgekko, die een aantal interessante eigenschappen heeft, waaronder een hoge tolerantie voor transplantatie.

“Het ruggenmerg is de belangrijkste regulator van staartregeneratie…”

Dit kenmerk stelde Lozito en collega’s in staat om neurale stamcellen te nemen – de beginnende voorlopers van neuronen en glia, de niet-neuronale cellen die hen omringen – van de salamander te nemen en ze in de regenererende staartstomp van de hagedis in te brengen. Zij wilden zien wat de regeneratie van de staart van de hagedis tegenhoudt: de biochemische omgeving of de eigen stamcellen van de hagedis.

De getransplanteerde salamander stamcellen behielden hun vermogen om te differentiëren in meerdere celtypen, waaronder neuronen. De neurale stamcellen van de hagedis konden daarentegen alleen gliacellen worden, die niet de boodschappen verwerken die beweging en gevoel sturen.

“Het was een leuke verrassing,” zegt hoofdauteur Aaron Sun, een arts-wetenschapper in opleiding die een deel van zijn onderzoek in het lab van Lozito heeft gedaan. “

De netvliezen van vissen genezen zichzelf. Kunnen de onze dat ook?

Maar de meest verrassende observatie, zegt Sun, is misschien wel dat de traditioneel beschreven “neurale stamcellen” die de regeneratie in de hagedis aansturen, helemaal geen “echte” neurale stamcellen zijn. Hoewel ze aan veel van de klassieke voorwaarden voldoen, schieten ze tekort bij een bepalend kenmerk – het vermogen om een verscheidenheid aan celtypen voort te brengen.

Dat verklaart waarom er geen perfecte staartregeneratie bij de hagedis plaatsvindt, aldus Lozito. De neurale stamcellen kunnen niet de verschillende celtypen produceren die nodig zijn om de asymmetrieën van het oorspronkelijke ruggenmerg na te bootsen, wat op zijn beurt de ontwikkeling van benige wervels belemmert.

“Het ruggenmerg is de belangrijkste regulator van staartregeneratie, en de verschillen die we zien tussen de staarten van hagedissen en salamanders zijn te wijten aan verschillen in stamcelkwaliteit,” zegt Lozito. “Het komt allemaal door de neurale stamcellen.”

Regeneratie kan op de loer liggen in onze genen

Het National Institutes of Health financierde dit onderzoek.