Саламандры и головастики лягушек умеют заново отращивать потерянные конечности, тогда как млекопитающие лишены этой способности. Новое исследование, опубликованное 8 апреля в журнале Science, предлагает неожиданное объяснение этого феномена. Оказалось, что причина кроется не только в генетике, а еще и  в том, как клетки реагируют на уровень кислорода.

Группа ученых под руководством Джана Азтекина из Общества Макса Планка сравнила ампутированные конечности головастиков и эмбрионов мышей. Выяснилось, что снижение уровня кислорода до значений, характерных для водной среды, кардинально меняет поведение мышиных клеток. В таких условиях раны закрываются быстрее, клетки становятся более подвижными, а обмен веществ перестраивается на гликолиз, что характерно для восстановления тканей, а не для образования шрамов.

Ключевым элементом этого механизма является белок HIF1A, выполняющий роль клеточного датчика кислорода. При гипоксии молекулы HIF1A стабилизируются и запускают генетические программы, необходимые для регенерации. Ученые смогли искусственно поддержать этот белок в клетках мышей, что привело к активации восстановительных процессов даже при нормальном уровне кислорода. Кроме того, нехватка кислорода меняет химические метки на белках, упаковывающих ДНК, снимая блокировку с генов регенерации.

Сравнив результаты с данными по земноводным, исследователи выявили важное эволюционное отличие:
- Клетки головастиков и аксолотлей обладают пониженной чувствительностью к кислороду, что позволяет им стабильно поддерживать работу белка HIF1A.
- У млекопитающих чувствительность к кислороду повышена, из-за чего регенеративные пути быстро отключаются сразу после травмы.

Авторы работы подчеркивают, что до полного восстановления человеческих конечностей еще далеко, так как успех достигнут только на ранних эмбриональных тканях мышей. Однако это исследование переосмысливает давнюю проблему биологии, доказывая, что способность млекопитающих к регенерации не утрачена навсегда, а просто заблокирована, и эту границу можно преодолеть.