De kwal ter grootte van een kleine vingernagel kan zijn afgehakte tentakels binnen twee tot drie dagen regenereren, maar hoe regenereert hij? Functionele weefselregeneratie bij een verscheidenheid aan soorten, waaronder salamanders en insecten, is afhankelijk van het vermogen om een blastema te vormen, een cluster van ongedifferentieerde cellen die schade kunnen herstellen en uitgroeien tot een ontbrekend aanhangsel. Kwallen, evenals andere neteldieren zoals koralen en zeeanemonen, vertonen sterke regeneratieve vermogens, maar hoe ze de kritische capsule vormen is tot nu toe een mysterie geweest.
Japanse wetenschappers hebben ontdekt dat de cladonema-kwal stengelachtige prolifererende cellen gebruikt om zijn tentakels te regenereren, wat nieuwe inzichten oplevert in het proces van blaasjesvorming en de evolutionaire overeenkomsten in andere soorten, zoals salamanders.
Het team onthulde dat stamcelachtige prolifererende cellen – die actief groeien en delen maar zich nog niet hebben gedifferentieerd in specifieke celtypen – op de plaats van de verwonding verschijnen en helpen bij het vormen van de capsule. De onderzoeksresultaten zijn op 21 december gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ‘PLOS Biology’.
"Belangrijk is dat deze stamachtige prolifererende cellen in de blaasjes verschillen van de stamcellen in de tentakels", zegt de overeenkomstige auteur Yuichiro Nakajima, docent aan de Graduate School of Pharmacy van de Universiteit van Tokio. "De reparatiespecifieke prolifererende cellen dragen voornamelijk bij aan de dunne buitenlaag van het epitheel van de nieuw gevormde tentakels."
"Residente stamcellen die aanwezig zijn in en nabij de tentakels zijn verantwoordelijk voor het genereren van alle cellijnen tijdens homeostase en regeneratie, wat betekent dat ze alle cellen die nodig zijn gedurende het hele leven van de kwal kunnen behouden en repareren", zei Nakajima. "Reparatiespecifieke prolifererende cellen verschijnen alleen als ze gewond zijn. De aanwezige stamcellen en reparatiespecifieke prolifererende cellen werken samen om de tentakelfunctie binnen enkele dagen snel te regenereren."
Eerste auteur Sosuke Fujita, een postdoctoraal onderzoeker in Nakajima's laboratorium aan de Graduate School of Pharmacy, zei dat de bevinding onderzoekers helpt te begrijpen hoe de vorming van blaasjes verschilt in verschillende diergroepen.
"In deze studie wilden we het mechanisme van blaasjesvorming bestuderen met behulp van de tentakels van cnidarian kwallen (Cladonema) als een model voor regeneratie bij niet-amfibieën (of dieren die geen zijkanten vormen - of links en rechts - tijdens de embryonale ontwikkeling), " zei Fujita.
Salamanders zijn bijvoorbeeld amfibieën die ledematen kunnen regenereren. Hun ledematen bevatten stamcellen die beperkt zijn tot de behoeften van specifieke celtypen, een proces dat vergelijkbaar lijkt te zijn met de reparatiespecifieke prolifererende cellen die bij kwallen worden waargenomen.
"Gezien het feit dat reparatiespecifieke prolifererende cellen lijken op beperkte stamcellen in de ledematen van amfibische salamanders, kunnen we speculeren dat blaasjes gevormd door reparatiespecifieke prolifererende cellen een gemeenschappelijk kenmerk zijn dat onafhankelijk is verworven tijdens de evolutie van dieren voor de regeneratie van complexe organen en aanhangsels."
De onderzoekers zeggen dat de hulpmiddelen die momenteel beschikbaar zijn om de oorsprong van de cel te bestuderen, te beperkt zijn om op te helderen waar deze cellen vandaan komen of om andere afzonderlijke stamachtige cellen te identificeren.
"Er moeten genetische hulpmiddelen worden geïntroduceerd om specifieke cellijnen te volgen en in Cladonema te opereren", zegt Nakajima. "Uiteindelijk kan het begrijpen van de mechanismen van blastocystvorming bij regenererende dieren, waaronder kwallen, ons helpen cellulaire en moleculaire componenten te identificeren die onze eigen regeneratieve vermogens kunnen verbeteren."
Referenties: Sosuke Fujita, Mako Takahashi, Manabu Kumano, Erina Kuranaga, Masayuki Miura, Yuichiro Nakajima, "Verschillende stamachtige celpopulaties bevorderen de functionele regeneratie van tweekleppige drakententakels", 21 december 2023, "PLOS Biology".
DOI:10.1371/journal.pbio.3002435
Samengestelde bron: ScitechDaily