Een ongewoon soort kwal gevonden in de oostelijke Stille Oceaan, de zogenaamde Cladonema pacificum het is slechts zo groot als een kleine vingernagel, maar het kan een geamputeerde tentakel in slechts twee of drie dagen regenereren. Kwallen hebben hun tentakels nodig voor de jacht en voor voedsel, dus het intact houden ervan is de sleutel tot hun overleving. Hoe kwallen de onderdelen vormen die nodig zijn om aanhangsels opnieuw te laten groeien, is een mysterie. Nu begint een team uit Japan de cellulaire processen te begrijpen die deze kleine kwallen gebruiken om ledematen te regenereren. De bevindingen worden beschreven in een onderzoek dat op 21 december in het tijdschrift is gepubliceerd PLOS-biologie.
[Related: Even without brains, jellyfish learn from their mistakes.]
Het vinden van de blastema
Salamanders en insecten zoals kevers vormen een massa ongedifferentieerde cellen die zich nog niet tot specifieke celtypen hebben ontwikkeld. Deze ongedifferentieerde cellen kunnen zich ontwikkelen tot een blastema, wat van cruciaal belang is voor het herstel van schade en de hergroei van aanhangsels.
Om te zoeken naar tekenen van een kruisblastema bij kwallen, hebben de auteurs van dit onderzoek de tentakel van een kwal geamputeerd. Cladonema pacificum kwallen in het laboratorium. Vervolgens bestudeerden ze de cellen die na de amputatie in de kwal groeiden. Het team ontdekte dat kwallen stamachtige proliferatieve cellen hebben die actief groeien en delen, maar nog niet veranderen in specifieke celtypen. Deze cellen verschijnen op de plaats van het letsel en helpen bij het vormen van het blastema.
“Belangrijk is dat deze proliferatieve stamachtige cellen in het blastema verschillen van de residente stamcellen die zich in de tentakel bevinden”, zegt Yuichiro Nakajima, co-auteur van de studie en celbioloog van de Universiteit van Tokio. “Reparatiespecifieke proliferatieve cellen dragen voornamelijk bij aan het epitheel – de dunne buitenlaag – van de nieuw gevormde tentakel.”
Deze stamcellen in de buurt van de tentakels van de kwal zijn verantwoordelijk voor het behouden en repareren van alle cellen die een kwal gedurende zijn hele leven nodig heeft. De proliferatieve cellen die nodig zijn om het ontbrekende aanhangsel te repareren verschijnen echter alleen als de kwal gewond raakt.
“Samen maken residente stamcellen en reparatiespecifieke proliferatieve cellen de snelle regeneratie van een functionele tentakel binnen enkele dagen mogelijk”, aldus Nakajima.
Bilateranen vs. niet-bilaterianen
Volgens de auteurs helpt deze ontdekking onderzoekers beter te begrijpen hoe de vorming van blastema verschilt tussen verschillende groepen dieren die verschillende ontwikkelingsvormen hebben. Salamanders zijn bijvoorbeeld bilaterale dieren die rechts en links twee gelijke zijden ontwikkelen. Kwallen worden als niet-bilateraal beschouwd, maar zowel kwallen als salamanders zijn ondanks hun symmetrische verschillen in staat ledematen te regenereren. Salamander-ledematen hebben stamcellen die beperkt zijn tot de specifieke behoeften van een celtype, en dit proces lijkt op dezelfde manier te werken als de reparatiespecifieke cellen die het team bij kwallen heeft waargenomen.
[Related: There’s no stopping this immortal jellyfish.]
“Gezien het feit dat reparatiespecifieke proliferatieve cellen analoog zijn aan beperkte stamcellen in de ledematen van een bilaterale salamander, kunnen we veronderstellen dat blastemavorming door reparatiespecifieke proliferatieve cellen een gemeenschappelijk kenmerk is dat onafhankelijk wordt verworven voor complexe regeneratie van organen en aanhangsels tijdens de evolutie van dieren. ”, zei celbioloog Sosuke Fujita van de Universiteit van Tokio in een verklaring.
Het is nog steeds niet duidelijk waar de reparatiespecifieke proliferatieve cellen die in het blastema worden waargenomen, hun oorsprong vinden. De onderzoeksinstrumenten die momenteel beschikbaar zijn om deze cellulaire oorsprong te onderzoeken zijn te beperkt om de bron van deze cellen te verklaren of andere stamachtige cellen te vinden. Er zijn meer studies en nieuwe hulpmiddelen nodig om genetica te bestuderen.
“Het zou belangrijk zijn om genetische hulpmiddelen te introduceren die monitoring en manipulatie van specifieke cellijnen mogelijk maken Cladonemazei Nakajima. “Uiteindelijk kan het begrijpen van de mechanismen van blastema-vorming bij regeneratieve dieren, waaronder kwallen, ons helpen de cellulaire en moleculaire componenten te identificeren die onze eigen regeneratieve vermogens versterken.”