Неотъемлемой частью любого репаративного процесса являются клеточная пролиферация и гибель. Однако, у губок, как это часто бывает, имеются свои нюансы: например, в регенерацию стенки тела представителей классов Calcarea и Homoscleromorpha пролиферация и апоптоз существенного вклада не вносят, а сам процесс принято считать морфаллактическим (Lavrov et al., 2018; Ereskovsky et al., 2021). При этом для губки Halisarca caerulea (Demospongiae) показано вовлечение механизмов клеточной гибели в процесс регенерации (Kenny et al., 2018). Закономерно, что и в данном исследовании вопрос дифференциальной экспрессии генов, связанных с клеточной гибелью, не обошли стороной. Среди множества дифференциально экспрессируемых генов, авторам удалось идентифицировать гомологи генов, связанных у билатерий с пролиферацией и регулируемой клеточной гибелью. Например, на ранних этапах регенерации (в эксплантатах NOE) повышена экспрессия TNF receptor-associated factor 5 и никотинамидфосфорибозилтрансферазы (звено в цепи синтеза NADP), играющих важную роль в пролиферации клеток сосудистой системы у других многоклеточных животных (Wang et al., 2015). В то же время экспрессия генов нескольких каспаз, компонента инфламмасомы NOD- like receptor family member (NLR) и гена, похожего на Fas-associated death domain (FADD) билатерий, была понижена (Рис. 2). В целом, результаты свидетельствуют о том, что на этапе эпителизации эксплантатов NOE повышена экспрессия генов, связанных с выживанием клеток и подавлением программируемой клеточной гибели. Это хорошо согласуется с данными, полученными для других губок из класса Demospongiae, у которых всплеск апоптоза приходится на более ранние стадии регенерации.

Наконец, перейдём к наиболее интригующим результатам. Водоносная система – основная (и практически единственная) система в организме губок, выполняющая множество функций: питание, выделение, гаметогенез и т.д. Её постоянные динамические перестройки, индуцируемые иногда даже не повреждением, а сменой направления тока воды в среде, возможны благодаря невероятной пластичности тканей животного. Оскулюм считается регионом-организатором, обеспечивающим стабильное поддержание плана строения. Исследователи обнаружили, что во время регенерации водоносной системы H. panicea, повышена экспрессия нескольких генов, гомологи которых входят в состав молекулярной машинерии, участвующей в формировании кровеносных сосудов у позвоночных. У позвоночных выделяют два процесса, благодаря которым формируются новые кровеносные сосуды: васкулогенез (формирование сосуда de novo) и ангиогенез (ветвление уже имеющихся сосудов). Оба процесса индуцируются гипоксией и связанными с ней ангиогенными факторами (VEGF, хемокины и цитокины, факторы роста). У эксплантатов NOE исследователи обнаружили повышение экспрессии генов VCAM1 (васкулярная молекула клеточной адгезии 1) и Е-селектина, которые у позвоночных привлекают эндотелиоциты к местам формирования новых сосудов (Рис. 3). Кроме того, в NOE и PE-эксплантатах (в сравнении с PA) была повышена экспрессия генов, индуцирующих ангиогенез у позвоночных: VEGF-R1, эфрина и его лигандов. У позвоночных процессы васкулогенеза и ангиогенеза неразрывно связаны с реорганизацией внеклеточного матрикса. У эксплантатов H. panicea также наблюдается повышение экспрессии генов, модулирующих синтез и структуризацию ВКМ. Интересно, что активация их экспрессии происходит постепенно: одни гены имеют повышенную экспрессию на стадии NOE (integrin и flamin), а другие (neuroglian и contactin) активируются лишь на стадии PE, когда водоносная система уже сформирована. Необходимо также отметить, что VEGF и его рецептор (VEGF-R) играют роль в васкулогенезе и у других беспозвоночных (Munoz-Chapuli, 2011), хотя их сосуды не выстланы эндотелиоцитами.

Рис. 3. Тепловая карта дифференциально экспрессируемых генов, гомологи которых у билатерий связанны с ангиогенезом/васкулогенезом и реорганизацией ВКМ. Аннотация ресурсом Gene Ontology дана слева, более крупные ('родительские’) категории – справа (цветные квадраты). Синий – пониженная экспрессия, красный – повышенная экспрессия (из Riesgo et al., 2022).

Авторы, конечно, подчёркивают, что водоносной системе губок далеко до гомологии с кровеносной системой позвоночных. Однако у них нет оснований отвергать гипотезу о том, что формирование трубчатых систем, транспортирующих жидкости, их молекулярная машинерия и индукция гипоксией могут быть общими для всех Metazoa. Такой подход представляется весьма разумным, поскольку опирается на принцип бритвы Оккама. Возникновение и эволюция одной системы, способной к формированию и позиционированию канализированных структур у метазойных животных, и её дальнейшая специализация у билатерий в сторону формирования кровеносной системы, представляется более вероятным, чем независимое возникновение и развитие двух систем, регулируемых при этом гомологичными генами.

Уникальное положение губок на древе многоклеточных животных позволяет (и весьма оправданно) интерпретировать любые получаемые данные в контексте эволюции. Так и в этой работе - результаты, полученные авторами благодаря комбинированию морфологического и молекулярного подходов, позволили взглянуть на регуляцию регенерации у губок с новой точки зрения. Отойдя от изучения сигнальных каскадов, активирующихся в первые часы и сутки после ранения, исследователи сосредоточились на регуляции более глобальных морфогенетических процессов (в том числе – восстановлении разрушенной водоносной системы). Вместе с авторами хочется подчеркнуть, что это – лишь начало пути, и разнообразие будущих исследований сейчас даже сложно представить.

1. Borisenko, I. E. et al. (2015) ‘Transdifferentiation is a driving force of regeneration in Halisarca dujardini (Demospongiae, Porifera)’, PeerJ, 3(8), p. e1211. doi: 10.7717/peerj.1211.
2. Ereskovsky, A. et al. (2021) ‘Whole-Body Regeneration in Sponges: Diversity, Fine Mechanisms, and Future Prospects’, Genes. Genes (Basel), 12(4). doi: 10.3390/GENES12040506.
3. Kenny, N. J. et al. (2018) ‘Towards the identification of ancestrally shared regenerative mechanisms across the Metazoa: A Transcriptomic case study in the Demosponge Halisarca caerulea’, Marine genomics. Mar Genomics, 37, pp. 135–147. doi: 10.1016/J.MARGEN.2017.11.001.
4. Kumala, L., Riisgard, H. U. and Canfield, D. E. (2017) ‘Osculum dynamics and filtration activity in small single-osculum explants of the demosponge Halichondria panicea’, Marine Ecology Progress Series. Inter-Research, 572, pp. 117–128. doi: 10.3354/MEPS12155.
5. Munoz-Chapuli, R. (2011). Evolution of angiogenesis. The International Journal of Developmental Biology, 55(4-5), 345–351. doi:10.1387/ijdb.103212rm
6. Lavrov, A. I. et al. (2018) ‘Sewing up the wounds: The epithelial morphogenesis as a central mechanism of calcaronean sponge regeneration’, Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution, 330(6–7), pp. 351–371. doi: 10.1002/jez.b.22830.
7. Wang, P. et al. (2015). Nicotinamide phosphoribosyltransferase facilitates post-stroke angiogenesis. CNS neuroscience & therapeutics, 21(5), 475–477. doi: 10.1111/cns.12388
8. Wilson, H. V. (1907) ‘On some phenomena of coalescence and regeneration in sponges’, Journal of Experimental Zoology. John Wiley & Sons, Ltd, 5(2), pp. 245–258. doi: 10.1002/JEZ.1400050204.
9. Короткова, Г. П. (1969) ‘Особенности морфогенеза при развитии известковой губки Leucosolenia complicata Mont. из небольших участков стенки тела’, Вестник Ленинградского Университета, 15, pp. 15–22.