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Dieser Befund, der diese Woche in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, beantwortet die langjährige Frage, warum die Schwanzregeneration beim Salamander perfekt und bei der Echse unvollkommen ist, und könnte als Sprungbrett dienen, um zu verstehen, warum Mäuse ihre Schwänze überhaupt nicht regenerieren können.

„Das traditionelle Tiermodell für die Regeneration ist der Salamander“, sagt der leitende Autor Thomas P. Lozito, Ph.D., Assistenzprofessor in Pitts Department of Orthopaedic Surgery, Center for Cellular and Molecular Engineering und dem McGowan Institute for Regenerative Medicine. „Salamander können eine Vielzahl von Geweben regenerieren – Gehirn, Herz, Teile der Augen, Gliedmaßen, Schwänze – aber sie haben ganze Klassen von Molekülarten und Geweben, die bei Säugetieren einfach nicht vorkommen, so dass wir bisher nicht viel von dem, was wir beim Salamander gefunden haben, auf den Menschen übertragen konnten.“

Wenn es darum geht, die Regenerationsforschung auf nicht regenerierende Spezies wie den Menschen zu übertragen, ist laut Lozito die Eidechse ein viel besseres Modell als der Salamander. Eidechsen sind die nächsten Verwandten der Säugetiere, die ein Anhängsel regenerieren können, und sie haben ein ähnliches Genom und eine ähnliche Biochemie. Aber Eidechsen können verlorene Gliedmaßen überhaupt nicht regenerieren, und ihre regenerierten Schwänze sind viel einfacher als die Originale.

„Man kann eine Eidechse mit einem regenerierten Schwanz leicht erkennen“, sagte Lozito. „Sie macht nichts richtig. Die Schuppen sind anders, das Farbmuster ist anders, und wenn man dann ins Innere des Schwanzes schaut, ist das ganze Gewebe anders. Es gibt keine Knochen; das Skelett ist komplett knorpelig, nur Röhren in Röhren.“

Das Verständnis, was die perfekte Regeneration im Salamander von der unvollkommenen Regeneration in der Eidechse unterscheidet, legt den Grundstein für die Überbrückung der Lücke zu nicht-regenerierenden Arten, sagte Lozito.

Lozitos Eidechse der Wahl ist der Trauergecko, der mehrere interessante Eigenschaften hat, darunter eine hohe Toleranz gegenüber Transplantationen.

Diese Eigenschaft erlaubte es seinem Team, neurale Stammzellen – die entstehenden Vorläufer von Neuronen und Glia, den nicht-neuronalen Zellen, die sie umgeben – aus dem Salamander zu entnehmen und sie in den sich regenerierenden Schwanzstumpf der Eidechse einzusetzen. Das Ziel war es, herauszufinden, was die Schwanzregeneration bei der Eidechse behindert: die biochemische Umgebung oder die eigenen Stammzellen der Eidechse.

Sie fanden heraus, dass die transplantierten Salamander-Stammzellen ihre Fähigkeit behielten, sich in mehrere Zelltypen zu differenzieren, einschließlich Neuronen. Im Gegensatz dazu konnten sich die neuralen Stammzellen der Eidechse nur in Gliazellen verwandeln, die nicht die Botschaften verarbeiten, die Bewegung und Gefühle steuern.

„Das war eine schöne Überraschung“, sagte der Hauptautor Aaron Sun, Ph.D., ein Pitt-Praktikant im Bereich Medizin und Wissenschaft, der einen Teil seiner Forschung in Lozitos Labor absolvierte. „

Aber die vielleicht überraschendste Beobachtung ist laut Sun, dass die traditionell beschriebenen „neuralen Stammzellen“, die die Regeneration in der Eidechse antreiben, gar keine „echten“ neuralen Stammzellen sind. Obwohl sie viele der klassischen Kriterien erfüllen, fehlt ihnen ein entscheidendes Merkmal – die Fähigkeit, eine Vielfalt von Zelltypen hervorzubringen.

Das erklärt, warum es bei der Eidechse keine perfekte Schwanzregeneration gibt, so Lozito. Die neuralen Stammzellen können nicht die verschiedenen Zelltypen produzieren, die nötig wären, um die Asymmetrien des ursprünglichen Rückenmarks nachzubilden, was wiederum die Entwicklung von knöchernen Wirbeln hemmt.

„Das Rückenmark ist der Hauptregulator der Schwanzregeneration, und diese Unterschiede, die wir zwischen Eidechsen- und Salamanderschwänzen sehen, sind auf Unterschiede in der Stammzellqualität zurückzuführen“, sagte Lozito. „Es liegt alles an den neuralen Stammzellen.“