1

Deze bevinding, deze week gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences, beantwoordt de aloude vraag waarom staartregeneratie perfect is bij de salamander en onvolmaakt bij de hagedis, en kan dienen als een opstapje om te begrijpen waarom muizen hun staarten helemaal niet kunnen regenereren.

“Het traditionele diermodel voor regeneratie is de salamander,” zegt hoofdauteur Thomas P. Lozito, Ph.D., assistent professor in Pitt’s afdeling Orthopedische Chirurgie, Centrum voor Cellulaire en Moleculaire Techniek en het McGowan Instituut voor Regeneratieve Geneeskunde. “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 worden gevonden bij zoogdieren, dus we zijn niet in staat geweest om veel van wat we hebben gevonden in de salamander toe te passen op mensen.”

Volgens Lozito, als het doel is om regeneratie-onderzoek te vertalen naar niet-regenererende soorten zoals mensen, is de hagedis een veel beter model dan de salamander. Hagedissen zijn de naaste verwanten van zoogdieren die een aanhangsel kunnen regenereren, en ze hebben een vergelijkbaar genoom en biochemie. Maar hagedissen kunnen helemaal geen verloren ledematen regenereren, en hun geregenereerde staarten zijn veel eenvoudiger dan de originelen.

“Je kunt een hagedis met een geregenereerde staart gemakkelijk onderscheiden,” zei 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 scheidt van onvolmaakte regeneratie bij de hagedis legt de basis voor het overbruggen van de kloof naar niet-regenererende soorten, zei Lozito.

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

Dit stelde zijn team in staat om neurale stamcellen – 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. Het doel was om te zien wat de regeneratie van de staart van de hagedis tegenhoudt: de biochemische omgeving of de eigen stamcellen van de hagedis.

Ze ontdekten dat de getransplanteerde salamander stamcellen hun vermogen behielden om zich 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,” zei hoofdauteur Aaron Sun, Ph.D., een arts-wetenschapper in opleiding bij Pitt die een deel van zijn onderzoek in Lozito’s lab deed. “En het laat zien dat de regeneratieve processen misschien nog steeds enigszins bewaard zijn gebleven.”

Maar misschien wel de meest verrassende observatie, volgens Sun, is 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 bepalende eigenschap – 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,” zei Lozito. “Het komt allemaal door de neurale stamcellen.”