Панты изюбря: Панты марала и изюбра консервированные. Технические условия – РТС-тендер

^* Текущий адрес INERM U-441, Avenue Haut-lévêque, 33600 Pessac, France

Abstract

Многие организмы способны регенерировать утраченные или поврежденные части тела, которые являются структурными и функциональными копиями оригинала. В конце концов они полностью интегрируются в уже существующие ткани. Однако, за исключением оленей, млекопитающие утратили эту способность. Каждую весну олени сбрасывают рога, которые использовались для боев и демонстраций во время предыдущего брачного сезона. Их потеря вызвана падением уровня циркулирующего тестостерона, гормональным изменением, которое связано с увеличением продолжительности дня.Затем формируется сложная «бластемоподобная» структура или «почка рога»; однако, в отличие от регенеративного процесса у тритона, большинство доказательств (хотя и косвенных) предполагает, что это не связано с изменением дифференцированного состояния, а основано на стволовых клетках. Последующий повторный рост рогов в весенние и летние месяцы впечатляет и представляет собой один из самых быстрых темпов органогенеза в животном мире. Продольный рост включает эндохондральное окостенение на кончике каждой ветви рога, а рост кости вокруг стержня рога происходит за счет внутримембранозного окостенения.По мере повышения концентрации андрогенов в конце лета продольный рост останавливается, кожа (бархат), покрывающая рога, теряется, и рога «полируются» для подготовки к брачному сезону. Хотя время цикла роста рогов явно тесно связано с циркулирующим тестостероном, эстроген может быть ключевым клеточным регулятором, как и в скелете других самцов млекопитающих. Мы все еще очень мало знаем о молекулярном механизме, необходимом для регенерации рогов, хотя есть свидетельства того, что онтогенетические сигнальные пути с плейотропными функциями важны и что новых «специфических для рогов» молекул может не существовать.Выявление этих путей и факторов, расшифровка их взаимодействия и того, как они регулируются сигналами окружающей среды, может оказать важное влияние на здоровье человека, если эти знания будут применены к инженерии новых тканей и органов человека.

Ключевые слова: рог, кость, олень, регенерация

Введение

Рога оленя являются одним из самых впечатляющих примеров мужской доблести в животном мире и поэтому с древних времен пользовались большим уважением у людей.Однако рога также служат моделью для изучения двух уникальных процессов: развития полного придатка, которое откладывается до полового созревания, и регенерации органов млекопитающих. Никакое другое млекопитающее не может естественным образом регенерировать какой-либо потерянный орган, не говоря уже о чем-то столь же большом и сложном, как рог, например. рога 200-килограммового взрослого благородного оленя могут весить 30 кг, но вырастают всего за 3 месяца. Напротив, животные, сохранившие способность к регенерации, встречаются в большинстве других типов, и многие из них изучаются биологами-регенераторами.К ним относятся планарии, гидры, амфибии-уроделе, Xenopus и рыбки данио (Brockes, 1997; Fujisawa, 2003; Nye et al., 2003; Poss et al. , 2003; Sanchez Alvarado, 2003; Slack et al., 2004). На самом деле было высказано предположение, что только изучая различные примеры естественной регенерации, мы можем понять, почему одни животные регенерируют, а другие нет (Brockes, 2004). Однако, несмотря на их очевидное удобство в качестве экспериментальных моделей, это не млекопитающие, и хотя было показано, что некоторые линии мышей обладают повышенной способностью к восстановлению (Heber-Katz et al.2004), они не способны регенерировать целые органы. Вот почему механизмы, лежащие в основе регенерации рогов, следует продолжать исследовать, несмотря на ограничения оленя как животной модели. Этот аргумент был наиболее убедительно выдвинут Ричардом Госсом, биологом-регенератором, который был пионером в исследованиях рогов в конце двадцатого века (Goss, 1995). Исследования рогов рогов могут помочь нам понять, почему млекопитающие потеряли способность к регенерации, и приблизить нас к «Святому Граалю» современной медицины человека: способности регенерировать органы, которые были удалены в результате травмы или иссечения.

Разнообразная анатомия рогов

Олени — копытные жвачные млекопитающие семейства Cervidae (отряд парнокопытные) и одни из самых грациозных и привлекательных животных. Это семейство включает 17 родов и около 53 видов. Олени обитают во всех частях мира, кроме Антарктиды, Австралии, Центральной и Южной Африки, Мадагаскара и Новой Зеландии, и приспособились практически к любой наземной среде обитания, от сухих пустынь до лесов, прерий, болот и арктических регионов. Олени — единственные животные, у которых растут рога, состоящие из кожи, нервов, кровеносных сосудов, волокнистой ткани, хрящей и костей, поэтому их не следует путать с рогами, которые представляют собой ороговевшую ткань, растущую от их основания под контролем подлежащие мезенхимальные клетки.

За исключением северного оленя ( Rangifer tarandus ), рога развиваются только у самцов оленей, и у большинства видов это происходит весной на втором году жизни животного. Как и в случае с развивающейся конечностью, рога имеют три оси: проксимально-дистальную ось, передне-заднюю ось и дорсально-вентральную ось (см. Li & Suttie, 2001). Рога бывают всех форм и размеров: от маленьких неразветвленных рогов длиной всего несколько сантиметров, как у пуду ( Pudu puda ), самого маленького из видов оленей, до искусно разветвленных стоек или пальчатых головных уборов внушительных размеров. у таких видов, как лось и лось.Лось ( Alces spp.) — самый крупный олень (масса тела взрослого оленя может достигать 800 кг), и у этих животных самые большие рога. Лоси ( Cervus canadenesis ) () также несут впечатляющие наборы рогов, длина которых может достигать 1,5 м. Рога более миниатюрных взрослых ланей ( Dama dama ) также очень эффектны () величественно изгибаются наружу и вверх. Изучаемым нами видом является благородный олень ( Cervus elapus ), рога которого имеют более «классическую» форму, изображаемую в произведениях искусства на протяжении всей истории ().

Разнообразная анатомия рогов. (A) Лось ( Alces spp.). >(B) Лань ( Дама дама ). (C) Благородный олень ( Cervus elapus ). B и C воспроизведены с любезного разрешения доктора Джона Флетчера, Reediehill Deer Farm, Auchtermuchty, Fife, UK.

(A) Схематическая диаграмма, показывающая три оси развития рогов: A-P, передне-задняя ось; DV, дорсо-вентральная ось; ML, медиолатеральная ось. (B, C) Схематические диаграммы, иллюстрирующие три стадии развития рогов.(B) Антлерогенная надкостница присутствует у эмбриона и после рождения в виде локализованного утолщения надкостницы лобной кости. (C) Развитие ножки проходит через четыре стадии: 1, внутримембранозная оссификация; 2 — переходное окостенение; 3 — эндохондральное окостенение ножки; 4, эндохондральное окостенение рогов и образование бархатной кожи. (D) Продольный разрез растущего первичного рога, иллюстрирующий основные анатомические области. Эндохондральный рост кости происходит на дистальном конце, в то время как кость формируется за счет внутримембранозного окостенения вокруг стержня рога.

Развитие первичных рогов

Рога развиваются из ножек, постоянных костных выступов на лобной кости. По мере приближения олененка к половой зрелости (приблизительно в возрасте 5–7 месяцев у благородного оленя) скопление определенных периостальных клеток, расположенных в дистальных частях наружных гребней лобных костей, активируется повышением уровня андрогенов в крови. Эта специализированная надкостница (1) была первоначально описана Ричардом Госсом как «антлерогенная надкостница» (AP) (Goss & Powel, 1985).АР содержит специфические сайты связывания тестостерона (Li & Suttie, 1998), хотя тестостерон, по-видимому, не оказывает прямого действия на культивируемые АР-клетки, тогда как IGF-I стимулирует их пролиферацию (Li et al., 1999; Sadighi et al., 2001). Затем под надкостницей формируется трабекулярная кость и развивается ножка (Sempere et al., 1983; Suttie et al., 1984, 1988, 1991). В норме антлерогенная надкостница самок оленей остается неподвижной, потому что отсутствуют гормональные потребности, необходимые для формирования ножки.Однако у самок оленей можно заставить сформировать ножки, если ввести им андрогены (Kierdorf et al. , 1995).

Li & Suttie (1994) провели подробный гистологический анализ формирования ножки и определили четыре стадии окостенения. Первой является стадия внутримембранной оссификации (1 in ), и именно здесь первоначальные антлерогенные клетки начинают пролиферировать и дифференцироваться в остеобласты. Эти остеобласты образуют трабекулярную кость в клеточной надкостнице. Второй этап — переходное окостенение, которое происходит, когда ножка достигает высоты 5–10 мм (2 дюйма).Костно-хрящевая ткань образована антлерогенными клетками на апикальной поверхности, которые претерпели изменение пути дифференцировки с образованием хондроцитов. Эндохондральное окостенение ножки является третьей стадией, когда хондрогенез происходит только в ножке (3 в ). Четвертая и последняя стадия называется эндохондральной окостенением рогов. Здесь антлерогенные клетки сохраняют свой путь хондрогенной дифференцировки до тех пор, пока полностью не сформируется первый рог (4 дюйма). Начало формирования рогов совпадает с появлением «блестящей» бархатистой кожи, покрывающей дистальный конец ножки. Эти неразветвленные рога (описываемые в оленеводстве как «шипы») затем удлиняются в результате эндохондрального отростка на дистальном конце (Chapman, 1975). Поскольку клеточная анатомия эндохондральной оссификации очень похожа на первичные и регенерирующие рога, она будет описана в следующем разделе.

Рост первого рога продолжается до приближения осеннего сезона гона, когда происходит очередное увеличение циркулирующего тестостерона. Это эндокринное изменение связано с прекращением продольного роста, роговая кость становится полностью минерализованной, а покрывающий ее бархат сбрасывается, обнажая кость.Это оставляет единственный неразветвленный рог прикрепленным к ножке до тех пор, пока он не будет отлит следующей весной. Это торможение продольного роста костей в ответ на увеличение половых стероидов похоже на то, что происходит в период полового созревания у людей (Riggs et al. 2002). На самом деле теперь известно, что в мужском скелете многие эффекты тестостерона являются косвенными, после его преобразования в эстроген ферментом ароматазой (Riggs et al. 2002). То, что эстроген может быть важным регулятором роста рогов, впервые было продемонстрировано Госсом (1968), который обнаружил, что инъекция эстрогена ингибирует рост регенерирующих рогов и способствует преждевременному окостенению и отслоению бархатистой кожи.Бубеник и др. (1975b) впоследствии показали, что введение антагониста эстрогена оказывало ингибирующее действие на формирование роговой кости. Совсем недавно Бубеник и соавт. (2005) представили доказательства того, что эстроген действительно синтезируется тканями рогов оленей-оленей. Также было продемонстрировано, что сезонный цикл развития рогов у самок северного оленя регулируется эстрадиолом, в данном случае синтезируемым яичниками (Lincoln & Tyler, 1999).

Эксперименты по трансплантации показали, что ткань, из которой развивается первый рог, представляет собой антлерогенную надкостницу ().Hartwig (1967) показал, что перемещение этой ткани в другую область лобной кости приводит к формированию рога в новом месте, но не в исходном месте. Впоследствии было показано, что рост структур рогов может быть вызван трансплантацией этой надкостницы в гетеротопическое место (1), лежащее над пястной костью. Кроме того, на эти «мини-рога» влияют те же гормональные сигналы, что и на рога на черепе. они сбрасывают свою бархатную кожу в соответствующее время года (Hartwig & Schrudde, 1974; Goss & Powel, 1985).Структуры, напоминающие рога, или pedicle-antlers, также генерировались, когда AP трансплантировали в череп голых мышей (Li et al. 2001). Исследования с использованием индикатора клеточных клонов, описанного Li и Suttie в их обзоре антлерогенной надкостницы, предоставляют дополнительные доказательства того, что ножки и рога происходят из этой ткани (Li & Suttie, 2001). Взятые вместе, эти исследования привели Li & Suttie (2001) к предположению, что, подобно некоторым эмбриональным тканям, AP обладает полной способностью к самодифференцировке.Интересно, что клеточный слой AP очень богат гликогеном (Li & Suttie, 1998), характерным для фетальных остеобластов.

Рост «рога» из трансплантированной антлерогенной надкостницы. Антлерогенная надкостница была пересажена с лобной кости и пересажена на пястную кость молодой лани. Фотография предоставлена ​​Уве и Хорстом Кирдорфом, Гиссенский университет им. Юстуса Либиха, Германия.

К сожалению, недостаточно информации о локальных молекулярных механизмах, участвующих в развитии рогов и ножек .Исследования in vitro показали, что инсулиноподобный фактор роста I (IGF-I) может быть важным системным регулятором формирования ножек, поскольку он стимулирует пролиферацию антлерогенных клеток на всех четырех стадиях окостенения. Ретиноевая кислота (РК), вероятно, также играет определенную роль, поскольку применение РК к развивающейся ножке увеличивает скорость роста первого рога, и предполагается, что это происходит за счет увеличения пролиферации клеток надкостницы (Kierdorf & Bartos, 1999). . Недавно Барлинг и его коллеги (Barling et al.2004a,b) провели серию исследований, направленных на выявление факторов роста и их рецепторов в коже и нижележащих костях первичных рогов. Выявленные факторы роста включают эпидермальный фактор роста (EGF) и рецептор EGF, фактор роста фибробластов 2 (FGF-2) и рецепторы FGF, FGFR1, FGFR2 и FGFR3, белки костной морфогенетики (BMP) 2, 4 и 14 и рецепторы BMP. BMPR1B и ACTRII. Они предполагают, что эти факторы роста передают сигналы между костно-хрящевым и кожным отделами первичного рога (Barling et al.2004b). Пространственные и временные различия в локализации этих факторов роста показали, что их распределение в коже первичного рога похоже на то, что описано в коже взрослых особей других видов, тогда как их распределение в костях и хрящах похоже на таковое в скелете плода.

Выявление путей, регулирующих внутриутробное развитие зачатков рогов, также должно быть приоритетом для будущих исследований. У эмбриона можно наблюдать локальные утолщения надкостницы лобной кости в местах будущего развития ножки/рога (; Lincoln, 1973; Li & Suttie, 2001).Эти первичные ножки увеличиваются между 55 и 150 днями беременности, но регрессируют на более поздних стадиях. Эта спецификация ткани, вероятно, включает взаимодействия между мезенхимой и покрывающим слоем эпителиальных клеток, которые Li & Suttie (2001) описали как напоминающие апикальный эктодермальный гребень в развивающейся конечности. Примечательно, что в развитии молочной железы, которая, как и антлерогенная надкостница, регулируется половыми стероидами, участвуют эпителиально-мезенхимальные взаимодействия (Foley et al.2001). Одной из молекул, опосредующих эпителиально-мезенхимальные взаимодействия в развивающейся молочной железе, является пептид, родственный паратгормону (PTHrP). Хотя роль ПТГрП в развитии антлерогенной надкостницы не исследована, есть данные, что он играет важную роль как в развивающемся, так и в регенерирующем роге. Барлинг и др. (2004a) недавно идентифицировали ПТГрП и рецептор ПТГ/ПТГрП как в бархатной коже, так и в нижележащих мезенхимальных тканях первичных рогов благородного оленя.Мы также обнаружили, что PTHrP широко экспрессируется в тканях регенерирующих рогов благородного оленя и что его синтез регулируется TGF-β (Faucheux et al. 2004). Очевидно, что главная проблема заключается в описании путей и факторов, которые: (i) определяют, где и как AP формируется во время внутриутробной жизни, (ii) позволяют AP «выживать» до тех пор, пока системная среда не станет подходящей для развития рогов, и (iii) активируют расширение клеток-предшественников в перизоте. Потенциальная роль надкостницы в регенерации рогов будет обсуждаться более подробно в следующем разделе.

Системная регуляция повторяющихся циклов регенерации рогов

Поскольку основной функцией рогов является предоставление самцам возможности защищать и удерживать гаремы самок (самок), их рост связан с годовым циклом размножения и связанными с ним колебаниями уровня половых гормонов концентрации. У видов умеренного пояса, таких как благородный олень, именно изменение длины дня регулирует репродуктивную активность, хотя существуют эндогенные ритмы роста рогов (West & Nordan, 1976).Исследования орхидэктомированных (кастрированных) оленей и оленей, которым вводили экзогенные гормоны, показали, что половые стероиды наиболее важны в начале и в конце цикла роста рогов. Невероятно, но Аристотель был первым ученым, описавшим влияние кастрации на рост антигенов!

Рога обычно отливают весной, когда уровень тестостерона низкий. Кастрация оленей в конце зимы/начале весны приведет к преждевременному сбросу рогов (Jaczewski et al., 1976), тогда как введение экзогенных половых стероидов в это время предотвратит сброс и регенерацию (Fletcher, 1978).Быстрый рост рогов происходит в начале лета, когда есть обильные запасы пищи, а олени ведут оседлый образ жизни, в то время как «тестостерон истощен» (Goss, 1983). Поскольку регенерация рогов происходит в то время, когда репродуктивные органы оленей неактивны, много лет назад было высказано предположение, что должен быть задействован и негонадный фактор, и это было названо «стимулом роста рогов» (AGS) (Wislocki, 1943). ИФР-I, синтезируемый в печени, является наиболее вероятным кандидатом, так как концентрация ИФР-I высока в период быстрого роста рогов (Suttie et al.1985), рецепторы ИФР находятся на растущем кончике рога (Elliott et al. , 1992, 1993), а ИФР способствуют пролиферации клеток рогов (Прайс и др., 1994; Садиги и др., 1994). С циклом роста рогов связаны изменения концентрации других гормонов, в том числе 1,25(OH) ₂ D ₃ (Van der Eems et al. 1988; Sempere et al. 1989), гормонов щитовидной железы (Shi & Barrell , 1994), кортизола (Bubenik et al., 1975a; Suttie et al., 1995) и пролактина (Sempere et al., 1983; Suttie et al.1984), хотя их функция остается малоизученной.

Рост рогов создает огромную потребность скелета в минералах (необходимо достаточное количество минералов, чтобы 30-килограммовая кость могла вырасти примерно за 3 месяца), и чтобы удовлетворить эту потребность, в других участках скелета возникает циклический обратимый остеопороз (Bubenik, 1983). ). Эта потеря костной массы является наибольшей в костях, не несущих веса, таких как ребро. Измерение биохимических маркеров активности костных клеток в кровообращении показало, насколько резко увеличивается обмен костной ткани во время быстрого роста рогов. показаны результаты исследования, в котором мы измеряли изменения в циркулирующих уровнях карбоксиконцевого пропептида коллагена I типа, маркера активности остеобластов (Eriksen et al. 1993), в разное время года. Это показало, что уровни были в десять раз выше в период регенерации рогов. Бакси и Ньюбери (1988) также показали изменения сывороточного остеокальцина и гидроксипролина, связанные с ростом рогов.

Изменения циркулирующих концентраций тестостерона и карбоксиконцевого пропептида коллагена I типа (PICP) во время цикла роста рогов у самцов благородного оленя.Образцы сыворотки были собраны при патологоанатомическом исследовании самцов оленей, забитых на оленину в разное время года. PICP измеряли с помощью радиоиммуноанализа (Orion, Diagnostica, Финляндия), и показанные значения являются средним значением ± стандартная ошибка среднего. Это показывает, что регенерация рогов связана со значительными изменениями в обмене костей. График тестостерона адаптирован из Muir et al. (1988).

Хотя низкие уровни половых стероидов «позволяют» для регенерации, высокие уровни, по-видимому, действуют как «тормоз», как обсуждалось ранее в контексте развивающихся рогов (Goss, 1968).Следовательно, по мере приближения сезона размножения и повышения уровня тестостерона эндохондральный рост прекращается, рога полностью кальцифицируются, а бархатистое кожное покрытие затем истончается, становится «сухим» и затем сбрасывается (), обнажая рог как твердую кость, которая остается прочно прикреплен к ножке. Сезонный всплеск тестостерона также вызывает изменение поведения оленей. Еще до того, как сбросить свой бархат, баксы начинают занимать позиции в социальной иерархии (). Уровень тестостерона достигает пика поздней осенью, когда сексуальная активность интенсивна (Lincoln, 1971), а затем снова снижается с приближением весны.

Последствия повышения концентрации циркулирующего тестостерона в конце лета. (А) Потеря бархатистой кожи. (B) Пара оленей-боксеров. (С любезного разрешения доктора Джона Флетчера, Reediehill Deer Farm, Auchtermuchty, Файф, Великобритания).

У благородных оленей кастрация в период роста рогов задерживает линьку бархата, и рога не полностью минерализуются (). У некоторых более филогенетически развитых видов оленей рост кастрированных рогов довольно аномален, например. у лани развиваются своеобразные костные выступы, которые Госс (1983) классифицировал как «антлеромы» (1).Недавно Кирдорф и соавт. (2004) подробно описали структуру рога кастрированной лани и представили доказательства того, что эти выступы (2) на самом деле являются доброкачественными опухолевыми образованиями с гистологическими изменениями, сравнимыми с остеомами. У косули также развиваются большие доброкачественные опухоли на кастрированных рогах, в которых наблюдается внутрикожная кость. Связь между регенерацией и раком была подчеркнута в обзоре Brockes (1998) и привела нас к предположению ранее (Price & Allen, 2004), что в кастрированных рогах развиваются опухолевидные структуры, потому что у оленей развился механизм, посредством которого половые стероиды (действующие прямо или косвенно) обычно ограничивают развитие клеточного цикла в клетках-предшественниках рогов. Именно замечательная способность к росту и самообновлению клеток-предшественников рогов лежит в основе способности рогов к регенерации, но у этого есть потенциальная обратная сторона: повышенный риск трансформации. Напротив, низшие организмы, такие как тритон, развили систему, благодаря которой их клетки могут иметь увеличенную продолжительность жизни (и, таким образом, поддерживать регенерацию), но при этом оставаться удивительно устойчивыми к раку (Tsonis, 1983). Люди и другие млекопитающие, возможно, утратили способность к регенерации, потому что эволюционная польза перевешивается повышенным риском развития рака.

Влияние кастрации на рост рогов. (A) Рога неповрежденного благородного оленя ранней осенью. Бархатная кожа исчезла после повышения уровня циркулирующего тестостерона. (B) Рога благородного оленя, которому удалили орхидею в течение первого месяца роста рогов; это приводит к сохранению бархатистой кожи. (C) Рога кастрированной лани. На поверхности рогов можно наблюдать многочисленные костные выступы («антлеромы»). Фотография предоставлена ​​Уве и Хансом Кирдорфом, Гиссенский университет им. Юстуса Либиха, Германия.

Регенерация рогов: отливка старого комплекта рогов

Отливка первичных рогов оленя знаменует собой начало годового цикла регенерации, который будет продолжаться на протяжении всей его жизни. У 2-летнего животного регенерированные рога относительно невелики, но по мере взросления оленя его рога также становятся больше. Перед отливкой рогов кожа, покрывающая дистальную ножку, приобретает блестящий вид рогового бархата, и эта область становится слегка «опухшей» (). Затем рога обычно отливают в течение дня или около того, и это происходит за счет остеокластов, резорбирующих кость в дистальной ножке (Goss et al.1992). Эта резорбция, по-видимому, очень жестко регулируется, потому что, в отличие от зубов, рога не начинают «раскачиваться» за несколько дней/часов до их выпадения. После гипсования остается открытая вогнутая поверхность ножки, которая быстро наполняется кровью, хотя в течение нескольких часов на ней образуется большой струп (10). Кирдорф и др. (1993) описали гистологические изменения в этой области и обнаружили, что после отливки остеокласты продолжают резорбировать кость в дистальной части ножки, что создает гладкую поверхность. Затем следует фаза костеобразования, которая восстанавливает часть ножки, которая была утрачена при отливке рога.

Различные стадии регенерации рогов. (A) Ножка сразу после отливки старого рога. Обратите внимание на «кольцо» регенерирующей ткани по краю (стрелки). (С любезного разрешения доктора Джона Флетчера, Reediehill Deer Farm, Auchtermuchty, Файф, Великобритания). (B) Ранняя закладка рога примерно через 4 дня после отливки рога. Сейчас образовался струп. Звездочка указывает положение будущей ветки. (C) Рога примерно на 30-й день роста с передними (лоб) и задними (главный луч) отростками (стрелки). (D – F) Схематические изображения разрезов регенерирующего рога.PP — надкостница ножки; PS, кожа ножки; GT, «грануляционная» ткань; ПК, надхрящница; UM, недифференцированная мезенхимальная ткань; ПК, надхрящница; CP, хондропредшественники; КОРЗИНА, хрящ; PA, надкостница рога. (D) День нулевой. После гипсования остается открытая поверхность ножки кости, на которой образуется струп (как на B). (E) Зачаток рога примерно на 9–10-й день. Мигрирующий эпителий раны почти полностью покрыл поверхность ножки. Основная ткань имеет черты грануляционной ткани, но также содержит недифференцированные мезенхимальные клетки, поэтому мы описываем это как «недифференцированную мезенхиму».Центры роста были установлены в местах, где будут развиваться ветви, и под ними очевиден хондрогенез (отмечены звездочкой). (F) День 30. Продольный рост происходит на дистальном конце каждой ветви. D адаптировано из Li et al. (2005).

У большинства видов оленей потеря рогов совпадает с восстановлением их замещения. Однако у северного оленя и лося рога отбрасываются поздней осенью, и тем не менее рана над культей ножки не заживает, и повторный рост не происходит до тех пор, пока несколько месяцев спустя не наступят подходящие условия окружающей среды (эта задержка могла быть вызвана эволюцией для снижения энергии). требования к животному вследствие ношения тяжелых рогов в суровые зимы).Госс также экспериментально продемонстрировал, что если дистальный конец ножки ампутировать зимой («непермиссивное» время года), заживление раны и регенерация задерживаются до весны (Goss, 1972). Эти наблюдения подразумевают, что регенерация рогов не запускается механизмами восстановления тканей, вызванными забросом, в то время как известно, что компоненты пути реакции на повреждение имеют решающее значение для индукции регенерации у тритона (Brockes et al. 2001). Феномен двуглавых рогов также демонстрирует, что повреждение не является абсолютным требованием для регенерации рогов.В этой ситуации новые рога развиваются из основания предыдущих рогов, которые сохраняются на ножке (Kierdorf et al., 1994). Это не означает, что существует связь между регенерацией рогов и заживлением ран; по определению процесс эпиморфной регенерации требует заживления ран (Goss, 1972). Например, Goss (1972) показал, что при ушивании кожи над культей после удаления рога регенерация не могла происходить.

Таким образом, сигналом для инициации регенерации рогов оленя, скорее всего, является системный(е) фактор(ы), синтез которых регулируется изменениями в гипоталамо-гипофизарной оси.Регенерация может быть инициирована либо при достижении порога концентрации «разрешающего» фактора, либо при падении концентрации «репрессора» ниже определенного порога. Тестостерон является сильным кандидатом на роль «репрессора», поскольку известно, что отбрасывание рогов связано со снижением циркулирующих концентраций (Сатти и др., 1995; Бубеник и др., 1997). Одним из последствий снижения концентрации половых стероидов (и/или числа рецепторов) может быть индукция резорбции кости на границе между рогом и ножкой кости, поскольку известно, что половые стероиды ингибируют функцию остеокластов у других видов (Shevde et al.2000). Однако роль половых стероидов, вероятно, более сложная и может также включать регуляцию популяций стволовых клеток в тканях ножки (более подробно это будет обсуждаться в следующем разделе).

Регенерация рогов: формирование зачатка рогов

Анатомия ранних стадий регенерации рогов описана в ряде недавних публикаций и проиллюстрирована здесь (Kierdoff et al. 2003; Li et al. 2004, 2005; Price , 2005). Сразу после отливки старых рогов дистальный конец ножки окружает приподнятое «опухшее» кольцо кожи.Он имеет «блестящую» поверхность, характерную для роговой бархатной кожи. В течение нескольких часов эпидермис, известный как «раневой эпителий», начинает мигрировать по открытой поверхности ножки кости и покрывает массу клеток внутри рыхлой ткани внеклеточного матрикса (1). Эти клетки не были хорошо охарактеризованы; например, неизвестно, экспрессируют ли они маркеры, сходные с клетками бластемы тритона. Ли и др. (2004) описывают ткань в центре ножки как грануляционную ткань.Однако мы показали, что уже через 4 дня после заливки значительная часть клеток окрашивается положительно в отношении ПТГрП (Faucheux et al. 2004), что позволяет нам предположить, что они имеют мезенхимальное происхождение.

Гистология раннего регенерирующего рога. Некальцинированные парафиновые срезы, окрашенные гематоксилином и эозином (H&E). (A) Мигрирующий раневой эпителий (W), покрывающий недифференцированную мезенхиму (UM) и грануляционную ткань (GT) в центре зачатка рога на 4-й день. S, парша. Врезка: вид мезенхимальной ткани с большим увеличением.(B) К 9-му дню имеется четкая зона хондропредшественников (CP) и продольно выровненных сосудистых каналов (v). (C) Формирование хряща в 9-дневном роге. Хондроциты (ХГ) окружены хрящевой матрицей и перваскулярной мезентимальной тканью (ПВ). (D) Недавнее образование кости (B). Остеобласты отмечены стрелками.

К 9–10 дню эпителизация завершается, и гистологически можно различить ряд зон в передней и задней частях ножки, которые отмечают положение, в котором будут развиваться будущие ветви рогов ( и ).Ниже раневого эпителия и надхрящницы находится зона пролиферирующих мезенхимальных клеток, а проксимальнее происходит хондрогенез и образование кости ().

Структура, которая образуется на ножке после отливки рога, традиционно называется «бластемой» (), потому что формирование бластемы является фундаментальным этапом в процессе эпиморфной регенерации. Эпиморфная регенерация определяется как «развитие de novo придатков дистальнее уровня ампутации» (Goss, 1980) и отличается от процессов оборота клеточной регенерации или восстановления тканей.Однако «бластема» рога () не является морфологически однородной структурой, подобной бластеме, которая образуется после ампутации придатков у тритонов и других низших позвоночных (Brockes, 1997). Это, вместе с доказательством того, что регенерация рогов может не включать изменение дифференцированного состояния, недавно привело к тому, что Li et al. (2004, 2005), чтобы сделать вывод, что регенерация рогов не основана на бластеме. Эти авторы определяют бластему как «формирующуюся в результате дедифференцировки всех клеточных клонов в плоскости непосредственной ампутации» (Li et al.2005). Однако мы утверждаем, что ключевой вопрос заключается в том, могут ли недифференцированные клетки в бластеме регенерировать утраченную часть, а не в том, образуются ли они в результате дедифференцировки. Например, регенерирующий хвост Xenopus включает формирование структуры, которая обычно описывается как бластема, хотя нет никаких доказательств того, что она формируется путем дедифференцировки (Slack et al. 2004).

В течение нескольких дней после отливки в раннем роге можно определить отчетливые «зоны роста» в местах, где в конечном итоге разовьются ветви () (Price et al.1994). Они могут быть идентифицированы по присутствию пролиферирующих клеточных ядерных антигенов (PCNA)-позитивных клеток (Price, 2005), которые также синтезируют PTHrP, который, как мы ранее предположили, является маркером клеток-предшественников рогов (Faucheux et al. 2004). Мы полагаем, что хотя всю структуру, формирующуюся на ножке, не следует называть бластемой, отдельные зоны роста все же обладают некоторыми чертами, определяющими бластему, т. е. они состоят из «массы недифференцированных клеток, которые разовьются в орган». или ткань, которая присутствует в месте регенерации».Следовательно, до тех пор, пока клетки в различных областях ранней регенерирующей «бластемы» рога не будут лучше охарактеризованы, мы предполагаем, что несколько преждевременно делать вывод о том, что регенерация рога не основана на бластеме.

Поскольку ранние стадии регенерации рогов не были подробно изучены на клеточном уровне, мы мало знаем о задействованных сигнальных путях. Как обсуждалось выше, ПТГрП локализован в мезенхимальных клетках, но он также присутствует в регенерирующем раневом эпителии, что позволяет предположить, что он может играть несколько ролей (Faucheux et al.2004). В том же исследовании мы также идентифицировали TGF-β в раннем роге и обнаружили, что он активирует синтез PTHrP культивируемыми клетками бластемы. Существует несколько доказательств того, что ретиноевая кислота (РК), вероятно, также играет роль на ранних стадиях регенерации: фермент RALDh3, синтезирующий РК, синтезируется в ранних пантах, и исследования гибридизации in situ также показали что рецепторы RARα, RABβ и RXRβ также экспрессируются, хотя каждый из них присутствует не во всех типах клеток.Например, RARβ специфически экспрессируется в клетках в местах образования хрящей/костей в более проксимальных областях (Price & Allen, 2004). Это демонстрирует, что ранний зачаток рога не является однородной структурой и что, как и PTHrP, RA может выполнять несколько функций.

Другой вопрос в биологии рогов касается источника клеток, дающих начало регенерирующему рогу. 1995).Однако ряд исследователей в этой области в настоящее время придерживаются мнения, что регенерирующие рога происходят в основном из популяции клеток-предшественников в надкостнице ножки (Kierdorf & Kierdorf, 1992, 2000, 2001; Li et al. 2005). Эта ткань происходит из антлерогенной надкостницы, которая, как убедительно показано, является источником ножки и первичных рогов (Hartwig, 1974; Goss & Powel, 1985; Kierdorf & Kierdorf, 2001). Ли и др. (2005) на основании своих гистологических исследований пришли к выводу, что регенерация рогов основана на стволовых клетках, а источником этих клеток является надкостница.Однако, прежде чем клетку можно будет определить как истинную «стволовую» клетку, необходимо показать, что она обладает способностью к самообновлению и дифференцировке в специализированные клоны. На сегодняшний день нет доказательств того, что клетки ножки взрослого оленя обладают способностью к самообновлению или могут дифференцироваться во что-то иное, кроме хондроцитов и остеобластов (Li et al., 1995). Для решения этой проблемы может быть использован ряд подходов: (1) идентификация маркеров стволовых клеток в тканях ножки, (2) демонстрация того, что клетки, культивированные из надкостницы ножки регенерирующих рогов, являются плюрипотентными in vitro и на животных моделях in vivo , и (3) демонстрация стабильной трансфекции клеток надкостницы генетическим маркером [e.г. зеленый флуоресцентный белок (GFP)] дифференцируются в различные типы клеток рогов в регенерирующих рогах in vivo .

Регенерация рогов: рост хрящей и костей

В первый месяц после литья рога растут сравнительно медленно; тем не менее, в течение следующих 2 месяцев продольный рост очень быстрый, и эта скорость формирования кости представляет собой самую высокую скорость, описанную в царстве млекопитающих (Goss, 1983). Продольный рост рогов, происходящий на дистальном конце каждой ветви (показанный схематически на и гистологически на рис. ), первоначально был описан Banks & Newbry (1983) как процесс модифицированной эндохондральной оссификации.Эти авторы классифицировали кончик рога как состоящий из четырех зон, а именно зон пролиферации, созревания, гипертрофии и кальцификации, представляющих спектр развития кости.

Гистология регенерирующего рога во время быстрого продольного роста. (A) Продольный срез ткани кончика рога, показывающий макроскопический вид областей: v, бархатистая кожа; р, надхрящница; м, мезенхима; cp, хондропрогениторная область; в, хрящ; бо, кость; ро, надкостница. Масштабная линейка = 0.5 см. (B–J) Некальцинированные парафиновые срезы, окрашенные гематоксилином и эозином, участков ткани, показанных на рисунке A. (B) Бархатная кожа. д, эпидермис; г, дерма; h, волосяной фолликул; с, сальная железа. (C) Волокнистый надхрящница. Кровеносный сосуд отмечен стрелкой. (D) Мезенхимальная «зона роста». (E) Область хондропредшественника (cp). Как и в ранней зачатке рога, клетки начинают выстраиваться в «столбцы». Однако сосудистые пространства относительно малы (стрелка). (F) Неминерализованный хрящ. Недавно дифференцированные хондроциты (ch) расположены в трабекулах, разделенных более крупными сосудистыми каналами (v).(G) Область минерализованного хряща. Хондроциты и сосудистые каналы (v) увеличиваются в размерах в этой области. (H) Губчатая кость в середине стержня рога, образовавшаяся в результате эндохондральной оссификации. Остеобласты отмечены стрелкой. (I) Волокнистый (f) и клеточный (c) слои надкостницы рога. (J) Внутримембранозное формирование кости (b) происходит под клеточной надкостницей (c). Масштабная линейка (B–J), 100 мкм.

Мезентимальная зона роста

Под дермой бархатистой кожи () находится надхрящница (), которая продолжается проксимально с надкостницей, окружающей стержень рога, и является местом образования внутримембранозной кости.Существует наружная волокнистая надхрящница, где мРНК и белок коллагена I типа высоко экспрессируются (Price & Faucheux, 2001), и внутренняя, более клеточная зона (4). Эта область рога описывалась разными авторами по-разному (наша группа тоже виновата в этом), и дескрипторы включают «резервную мезенхиму», «гиперплазированный надхрящник», «клеточную надкостницу» и «мезенхиму». Для согласованности мы теперь описываем это как «мезенхиму» или «мезенхимальную зону роста», потому что клетки в этой области, как и клетки в этой области первичного рога, активно делятся (Matich et al.2003 г.; Фошо и др. 2004). В культуре эти клетки быстро пролиферируют в виде монослоев и синтезируют коллаген типа I, но не типа II (наши неопубликованные наблюдения), и это отражает их фенотип in vivo (Price et al. 1996). Однако, в отличие от мезенхимальных клеток развивающейся конечности, их нельзя культивировать в виде микромасс; они распространяются, образуя монослои, и хондрогенез не инициируется. По сравнению с клетками в более проксимальных областях рога, клетки в этой области экспрессируют только низкие уровни щелочной фосфатазы, что отражает их недифференцированное состояние (Price et al. 1994 год; Прайс, 2005). Однако, хотя эти клетки будут дифференцироваться в хондроциты в более проксимальных областях, они действительно экспрессируют маркеры ранней линии остеобластов (наши неопубликованные наблюдения) и в присутствии дексаметазона экспрессия щелочной фосфатазы будет увеличиваться (Faucheux et al. 2001). Это указывает на то, что эти клетки, по крайней мере, бипотенциальны, хотя у нас есть предварительные доказательства того, что они также могут дифференцироваться в адипоцитоподобные клетки при соответствующих условиях культивирования.

В зоне роста мезенхимы существует четко скоординированный баланс между ростом клеток, их выживанием и дифференцировкой в ​​хондропредшественники, при этом одни сигнальные пути вызывают пролиферацию, а другие — дифференцировку. В последние годы наша группа и другие добились определенного прогресса в определении местных факторов, которые могут играть роль. Несколько лет назад впервые было показано, что их пролиферация in vitro стимулируется IGF-I и IGF-II, и рецепторы IGF присутствуют в этой области кончика рога in vivo (Price et al. 1994 год; Садиги и др. 1994). Более того, IGF-I и IGF-II были идентифицированы при скрининге экстрактов рогов, проведенном несколько лет назад (Mundy et al. 2001). Это согласуется с гипотезой о том, что IGF-I, вероятно, является «стимулом роста рогов». Мы обнаружили, что FGF-2 также стимулирует пролиферацию мезенхимальных клеток из регенерирующих рогов (Price, 2005), хотя мы еще не пытались иммунолокализировать его в регенерирующих рогах. Члены семейства FGF и их рецепторы также были идентифицированы в первичном роге.Недавно был проведен протеомный анализ рогов благородного оленя, но, к удивлению, ни FGF, ни IGF, ни IGF-связывающие белки, ни рецепторы IGF не были идентифицированы (Park et al. 2004).

Сигнальные пути BMP и TGF-β, по-видимому, индуцируют более дифференцированное состояние в мезенхимальных клетках, поскольку наши предварительные исследования показали, что BMP-2 и TGFβ-1 ингибируют пролиферацию мезенхимальных клеток, в то время как они индуцируют активность ALP (Price, 2005). ). BMP-2 и BMP-4 были клонированы из рогов (Feng et al.1995, 1997), Барлинг и его коллеги идентифицировали BMP-2, BMP-4 и BMP-14 и их рецепторы в первичном роге (Barling, 2004b). Недавно мы иммунолокализовали TGF-β в регенерирующих рогах, и, по-видимому, он действует выше PTHrP, который вместе с рецептором PTH/PTHrP синтезируется большинством мезенхимальных клеток (Faucheux et al. 2004). Интересно, что мы обнаружили, что ПТГрП не влияет на пролиферацию мезенхимальных клеток (Faucheux & Price, 1999) и может сохранять недифференцированное состояние, хотя функциональное значение его содержания в этом регионе требует дальнейшего изучения.Ранее мы представили несколько линий доказательств того, что RA также играет роль в контроле роста и дифференцировки мезенхимальных клеток: во-первых, RA-синтезирующий фермент RALDh3 может быть иммунолокализован в мезенхимальных клетках, а во-вторых, ретинол, all- trans -RA и 9- цис -RA были идентифицированы в мезенхиме с помощью HLPC, а in vitro all- транс -RA дозозависимо увеличивали активность ЩФ в культурах мезенхимальных клеток (Allen et al. 2002). Однако эффекты RA в этой области, вероятно, будут очень сложными, что отражено в различных паттернах экспрессии рецепторов RA RARα, RXRβ, RXRβ и RXRγ.

Хрящ рога

Невооруженным глазом можно определить, где начинается хондрогенез в продольном разрезе рога; это место, где ткань становится немного темнее из-за увеличения размера сосудистых каналов (). Также можно различить дистальную область неминерализованного хряща, в то время как отложение минералов происходит более проксимально (Price et al. 1996). Васкуляризация рогового хряща является наиболее разительным отличием его анатомии от анатомии других гиалиновых хрящей.Это обильное кровоснабжение необходимо для удовлетворения высоких метаболических потребностей, вызванных быстрой регенерацией тканей. То, что рога представляют собой ценную модель для изучения ангиогенеза, было недавно предложено Clark et al. (2004), которые идентифицировали VEGF и рецептор VEGF в регенерирующих тканях рогов.

Гистологически граница между мезенхимой и зоной хондропрогениторов не четкая на продольных срезах, а представляет собой область, где клетки начинают выстраиваться в столбики, между которыми имеются сосудистые пространства (). Ранее мы описали это как «зону перехода», потому что клетки в этом месте находятся на разных стадиях дифференцировки вдоль линии хондроцитов (Price et al. 1996). мРНК коллагена типа IIA идентифицирует хондропредшественников в развивающемся скелете (Sandell et al. 1994), и эта изоформа экспрессируется в дистальных отделах рогового хряща, тогда как мРНК и белок коллагена типа IIB экспрессируются по всему хрящу (Price et al. 1996). Коллаген типа IIA не экспрессируется в хряще пластинки роста (Sandell et al.1994), еще одна причина, по которой трудно напрямую сравнивать процесс эндохондральной оссификации в длинных костях с таковыми в рогах. Коллаген типа I также не обнаружен в пластинке роста, тогда как он экспрессируется клетками рогов в «переходной зоне». Еще одно различие между матриксом рога и хрящевой пластинкой роста млекопитающих заключается в распределении коллагена X типа; в пластинке роста он экспрессируется только в проксимальных гипертрофированных хондроцитах (Sandell et al. 1994), тогда как в панте коллаген типа X может быть локализован в большинстве хондроцитов.

Неминерализованный хрящ () обеспечивает нас обильным источником клеток для исследований in vitro , а их культивирование в виде микромассы помогает поддерживать фенотип хондроцитов (Allen et al. 2002; Price, 2005). Это дает полезную модель для исследований хондрогенеза in vitro; однако, как будет описано ниже, мы также используем модель для изучения остеокластов рогов. На сегодняшний день мы сосредоточились на молекулах, которые мы идентифицировали в хряще рога in vivo .ПТГрП может быть иммунолокализован в хондропредшественниках, но не в полностью дифференцированных хондроцитах (Faucheux et al. 2004), и в культурах микромасс он ингибирует дифференцировку, что согласуется с его ролью во время развития конечностей (Faucheux, 1999). Indian hedgehog (IHH) и TGFβ-1 также экспрессируются в хондропредшественниках рогов, что указывает на то, что эти молекулы могут действовать с PTHrP в петле обратной связи, чтобы контролировать дифференцировку. РА также контролирует хондрогенез; как all- транс--RA, так и 9- цис--RA присутствуют в хряще рога, а in vitro RA ингибирует синтез протеогликанов хондроцитами, эффект, который требует передачи сигналов RAR (Faucheux, 1999; Allen et al. 2002). Однако RXRβ может опосредовать эффекты RA in vivo , потому что он экспрессируется во всех трабекулах хряща.

Резорбция хрящей и костей

Рост рогов, как и рост других быстро развивающихся костей, требует интенсивного ремоделирования хрящей и костей и, таким образом, зависит от локального образования остеокластов из циркулирующих мононуклеарных предшественников. В дополнение к столбцам хондроцитов и сосудистым пространствам, хрящ рогов содержит периваскулярную ткань (1), которая была идентифицирована как место, где дифференцируются клетки линии остеокластов (Faucheux, 1999; Faucheux et al.2002 г.; Шуварт и др. 2002). Когда исследований in vitro получают перевары из рогового хряща, они включают фракцию предшественников остеокластов, поскольку клетки с фенотипическими характеристиками остеокластов млекопитающих будут дифференцироваться в микромассовых культурах хондроцитов при соответствующих условиях (Faucheux, 1999). Эта система в настоящее время регулярно используется в нашей лаборатории для изучения механизмов, регулирующих функцию остеокластов рога. Факторы, которые будут индуцировать остеокластогенез рогов in vitro , включают PTHrP, RANKL, M-CSF и RA (Allen et al.2000 г.; Фошо и др. 2002). Поскольку половые стероиды являются важными регуляторами резорбции кости у других видов (Riggs et al. 2002), в настоящее время мы изучаем, связано ли прекращение роста роговой кости, вызванное высокими концентрациями тестостерона, с прямым воздействием половых стероидов на активность остеокластов.

Формирование кости рога

Хотя остеокласты начинают дифференцироваться в неминерализованном хряще, самые крупные TRAP-положительные клетки локализуются в минерализованном хряще ниже кончика рога, где происходит обширная резорбция матрикса.Это приводит к образованию ряда трабекул неправильной формы, которые в конечном итоге замещаются тканой костью и губчатой ​​пластинчатой ​​костью в первичной губчатой ​​оболочке (1) в центре стержня рога (Banks & Newbry, 1983). Остеобласты, по-видимому, дифференцируются из популяции предшественников остеобластов в периваскулярной ткани хряща; эти клетки синтезируют мРНК коллагена типа I (Price et al. , 1996), щелочную фосфатазу (Price et al., 1994) и, по мере их созревания, остеокальцин, маркер полностью дифференцированного фенотипа остеобластов (Allen et al.2002). В то же время вокруг стержня рога происходит внутримембранная оссификация (14), и хотя мы не изучали экспрессию ALP в этом месте, остеокальцин может иммунолокализироваться в остеобластах под надкостницей (Allen et al. 2002).

На сегодняшний день наши знания о факторах, которые могут специфически регулировать остеогенез в регенерирующих рогах, получены из описательных исследований, хотя культивирование этих клеток из эксплантатов роговой кости не представляет сложности, и поэтому существует большой потенциал для дальнейшей работы в этой области.Как недавно обсуждалось Kierdorf & Kierdorf (2004), высокая скорость роста роговой кости делает ее отличной моделью для исследования остеогенеза. PTHrP, действующий через PPR, вероятно, играет определенную роль, поскольку оба они присутствуют в остеобластах в местах формирования эндохондральной и внутримембранозной кости. Напротив, мы обнаружили IHH только в остеобластах в средней части рогового рога, а не на периферии, что предполагает особую роль в росте эндохондральной кости, что согласуется с результатами исследований нокаута на мышах (St-Jacques et al.1999). мРНК IHH также была локализована в хрящах и костях рогов путем гибридизации in situ после ее идентификации в библиотеке кДНК (Lord et al. 2004). TGFβ-1 также присутствует в остеобластах рогов (Price et al. 2004). Другой молекулой, которая, вероятно, регулирует формирование кости в рогах, является RA, учитывая, что он обнаруживается в относительно высоких количествах в костях рогов, а RALDh3 локализуется в предшественниках остеобластов в хрящах рогов, а также в более дифференцированных остеобластах. Эффекты RA на клетки линии остеобластов могут быть опосредованы рецептором RARα, поскольку он экспрессируется в периваскулярных тканях, где также расположены клетки, экспрессирующие мРНК коллагена I типа (Allen et al.2002). Было показано, что все рассмотренные выше молекулы регулируют функцию остеобластов у других видов (Grigoriadis et al. , 1986; Choong et al., 1993; Oliva et al., 1993; Slootweg et al., 1996; Park et al., 1997; St-Jacques). и др., 1999; Кобаяши и др., 2002).

Из вышеизложенного ясно, что факторы, идентифицированные до сих пор как участвующие в регенерации рогов, выполняют несколько функций. Например, как RA, так и PTHrP регулируют дифференцировку хондроцитов, остеокластов и остеобластов.Наши знания о вовлеченных путях остаются в зачаточном состоянии, но становится очевидным, что природа консервативна и что во время регенерации рогов воспроизводится ряд путей развития. На самом деле, исследования на различных моделях начинают показывать плейотропные функции известных генетических путей в контексте регенерации (Sanchez Alvarado, 2004). Охота за новыми «факторами рогов» продолжается уже несколько лет; это началось в 1990-х годах с создания библиотеки кДНК Манди и его коллегами (Mundy, 2001), которые пытались идентифицировать новые анаболические агенты для костей.Совсем недавно Лорд и соавт. (2004) создали большую базу данных генов, присутствующих в регенерирующих рогах, и было сообщено о первом протеомном анализе рогов благородного оленя (Park et al. 2004). Эти исследования предоставляют бесценный ресурс, информируют нас о том, «что там есть» и ведут к исследованиям, основанным на гипотезах. Однако весьма вероятно, что новые молекулярные пути не могут быть обнаружены в пантах. На наш взгляд, проблема заключается в понимании того, как различные сигнальные пути взаимодействуют друг с другом, а также с их локальным и системным окружением, чтобы регенерировать такую ​​большую и сложную структуру, как рог.Выявление функции этих путей требует манипулирования экспрессией генов in vivo , и у нас есть предварительные данные, показывающие, что биолистический перенос частиц можно использовать для трансфекции клеток в бластему (Price & Allen, 2004). Однако ретровирусные/аденовирусные подходы также могут оказаться полезными инструментами для изучения функции генов.

Выводы

Рога оленя являются не только захватывающими творениями природного мира, но также предоставляют нам уникальную модель для исследования регенерации (хотя ограничения использования крупных полудиких животных с сезонным характером регенерации и ограниченным потенциалом для генетического манипуляции не следует недооценивать). Регенерация рогов регулируется экологическими и системными сигналами, а не травмами или ампутациями, и недавние данные свидетельствуют о том, что она, вероятно, включает стволовые клетки, а не дедифференцировку зрелых клеток. Следовательно, при регенерации рогов не используются все те же стратегии, что и при регенерации у земноводных уроделе. Тем не менее, это делает рог более, а не менее актуальным в качестве модели регенерации человека, потому что, если мы сможем понять, как олени адаптировали нормальные механизмы развития, обновления и восстановления клеток для регенерации полного придатка, возможно, удастся достичь того же. исход в больных или поврежденных тканях человека.

Благодарности

Эта работа была поддержана грантами Совета по медицинским исследованиям, BBSRC и Wellcome Trust. Мы благодарим наших сотрудников доктора Жаннин Данкс, профессора Малкольма Мадена, профессора Джереми Брокеса, профессора Майка Хортона и доктора Монику Колитти за их вклад в эту работу.

Ссылки

• Allen SP, Maden M, Price JS. Ретиноевая кислота регулирует дифференцировку остеокластов и хондроцитов в рогах оленей, которые in vivo экспрессируют рецепторы ретиноевой кислоты.Кость. 2000;28:S84. [Google Scholar]
• Allen SP, Maden M, Price JS. Роль ретиноевой кислоты в регуляции регенерации рогов оленей. Дев биол. 2002; 251:409–423. [PubMed] [Google Scholar]
• Бакси С.Н., Ньюбери Дж.В. Кальцемические гормоны плазмы у половозрелых самок северного оленя, Rangifer tarandus . Джен Комп Эндокринол. 1988; 69: 262–266. [PubMed] [Google Scholar]
• Banks JW, Newbry WJ. Развитие рогов как уникальная модификация эндохондральной оссификации млекопитающих.В: Бэнкс РД, изд. Развитие рогов у Cervidae. Кингсвилл, Техас: Научно-исследовательский институт дикой природы Сезара Клебурга; 1983. С. 279–306. [Google Scholar]
• Barling PM, Liu H, Matich J, et al. Экспрессия ПТГрП и рецептора ПТГ/ПТГрП в растущих пантах благородного оленя. Cell Biol Int. 2004а; 28:661–673. [PubMed] [Google Scholar]
• Barling PM, Lai AK, Tong AST, Nicoloson LFB. Распределение факторов роста и их рецепторов в растущем панте благородного оленя. В: Suttie JM, редактор. Достижения в области науки о рогах и технологии производства.Том. 2. Новая Зеландия: 2004b. стр. 37–44. [Google Scholar]
• Brockes JP. Регенерация конечностей земноводных: восстановление сложной структуры. Наука. 1997; 276:81–87. [PubMed] [Google Scholar]
• Brockes JP. Регенерация и рак. Биохим Биофиз Акта. 1998;1377:М1–М11. [PubMed] [Google Scholar]
• Brockes JP, Kumar A, Velloso CP. Регенерация как эволюционная переменная. Дж Анат. 2001; 199:3–11. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Brockes J. Введение: новые направления в восстановлении и регенерации тканей.Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2004; 359: 741–856. [Google Scholar]
• Бубеник Г.А., Бубеник А.Б., Браун Г.М., Тренкл А., Уилсон Д.И. Уровни гормона роста и кортизола в годовом цикле белохвостого оленя ( Odocoileus virginianus ) Can J Physiol Pharmacol. 1975а; 53: 787–792. [PubMed] [Google Scholar]
• Бубеник Г.А., Бубеник А.Б., Браун Г.М., Уилсон Д.А. Роль половых гормонов в росте костной ткани рогов. I: Эндокринные и метаболические эффекты антиандрогенной терапии.Джей Эксп Зоол. 1975b; 194: 349–358. [PubMed] [Google Scholar]
• Бубеник Г. Эндокринная регуляция пантового цикла. В: Браун Р., редактор. Развитие рогов у Cervidae. 1983. С. 73–107. [Google Scholar]
• Бубеник Г.А., Миллер К.В., Листер А.Л., Осборн Д.А., Бартос Л., ван дер Краак Г.Дж. Концентрации тестостерона и эстрадиола в сыворотке, бархатной коже и растущей роговой кости самцов белохвостого оленя. J Exp Zoolog A Comp Exp Biol. 2005;JOJ3:186–192. [PubMed] [Google Scholar]
• Бубеник Г.А., Шамс Д., Уайт Р.Дж., Роуэлл Дж., Блейк Дж., Бартос Л.Сезонные уровни репродуктивных гормонов и их связь с роговым циклом самцов и самок северного оленя ( Rangifer tarandus ) Comp Biochem. 1997; 116: 269–77. [PubMed] [Google Scholar]
• Чепмен Д. Рога — яблоко раздора. Mammal Rev. 1975; 5:121–172. [Google Scholar]
• Choong PFM, Martin TJ, Ng KW. Влияние аскорбиновой кислоты, кальцитрола и ретиноевой кислоты на дифференцировку преостеобластов. J Ортоп Res. 1993; 11: 638–647. [PubMed] [Google Scholar]
• Clark D, Haines SR, Lord EA, Wang W, Suttie JM.Антлер и ангиогенез. В: Suttie JM, редактор. Antler Science and Product Technology. Том. 2 2004. [Google Scholar]
• Elliott JL, Oldham JM, Ambler GR, et al. Наличие рецепторов инсулиноподобного фактора роста-I и отсутствие рецепторов гормона роста на кончике рога. Эндокринология. 1992; 130:2513–2520. [PubMed] [Google Scholar]
• Elliott JL, Oldham JM, Ambler GR, et al. Рецепторы инсулиноподобного фактора роста-II в растущем кончике рога оленя. J Эндокринол. 1993; 138: 233–242.[PubMed] [Google Scholar]
• Eriksen EF, Charles P, Melsen F, Mosekilde L, Risteli L, Risteli J. Сывороточные маркеры образования и деградации коллагена I типа при метаболическом заболевании костей: корреляция с гистоморфометрией костей. Джей Боун Шахтер Рез. 1993; 8: 127–132. [PubMed] [Google Scholar]
• Faucheux C, Price JS. Пептид, родственный паратгормону, может играть роль в регенерации рогов оленя. В: Danks J, Dacke C, Flik G, Gay C, редакторы. Метаболизм кальция: сравнительная эндокринология.Бристоль: BioScientifica Ltd; 1999. С. 131–138. [Google Scholar]
• Faucheux C, Nesbitt SA, Horton MA, Price JS. Клетки в регенерирующем хряще рога оленя обеспечивают микроокружение, поддерживающее дифференцировку остеокластов. J Эксперт Биол. 2001; 204: 443–455. [PubMed] [Google Scholar]
• Faucheux C, Horton MA, Price JS. Ядерная локализация белковых рецепторов паратиреоидного гормона I типа / белковых рецепторов, связанных с паратиреоидным гормоном, в остеокластах оленьих рогов: доказательства влияния белка, связанного с паратиреоидным гормоном, и активатора рецептора, зависящего от NF-kappaB, на образование остеокластов в регенерирующей кости млекопитающих.Джей Боун Шахтер Рез. 2002; 17: 455–464. [PubMed] [Google Scholar]
• Faucheux C, Nicholls BM, Allen S, Danks JA, Horton MA, Price JS. Повторение пути пептида, связанного с гормоном паращитовидной железы, — пути индийского ежа в регенерирующих рогах оленя. Дев Дин. 2004; 231:88–97. [PubMed] [Google Scholar]
• Feng JQ, Chen D, Esparza J, Harris MA, Mundy GR, Harris SE. Ткань панта оленя содержит два типа транскриптов мРНК костного морфогенетического белка 4. Биохим Биофиз Акта. 1995; 1263: 163–168.[PubMed] [Google Scholar]
• Feng JQ, Chen D, Ghosh-Choudhury N, Esparza J, Mundy GR, Harris SE. Транскрипты костного морфогенетического белка 2 в быстро развивающейся ткани рогов оленя содержат протяженную 5′-некодирующую область, возникающую из дистального промотора. Биохим Биофиз Акта. 1997;1350:47–52. [PubMed] [Google Scholar]
• Флетчер Т. Индукция сексуального поведения самцов благородного оленя ( Cervus elaphus ) введением тестостерона ланям и эстрадиола-17бета оленям.Хорм Бехав. 1978; 11: 74–88. [PubMed] [Google Scholar]
• Foley J, Dann P, Hong J, et al. Белок, родственный паратгормону, поддерживает судьбу эпителия молочных желез и запускает дифференцировку кожи сосков во время эмбрионального развития груди. Разработка. 2001; 128: 513–525. [PubMed] [Google Scholar]
• Fujisawa T. Регенерация гидры и эпителиопептиды. Дев Дин. 2003; 226:182–189. [PubMed] [Google Scholar]
• Госс Р.Дж. Ингибирование роста и опадения рогов половыми гормонами.Природа. 1968; 220:83–85. [PubMed] [Google Scholar]
• Госс Р. Заживление ран и регенерация рогов. В: Maibach HI, Rovee DT, редакторы. Эпидермальное заживление ран. Чикаго: Ежегодник Мед. Издательство, Inc; 1972. стр. 219–228. [Google Scholar]
• Госс Р.Дж. Клин Ортоп. 1980. Перспективы регенерации человека; стр. 270–282. [PubMed] [Google Scholar]
• Госс Р.Дж. Рога оленя, регенерация, эволюция и функция. Нью-Йорк: Академический издатель; 1983. [Google Scholar]
• Госс Р.Дж.Фотопериодический контроль циклов рогов у оленей. VI. Циркумгодовые ритмы при измененной продолжительности дня. Джей Эксп Зоол. 1984; 230: 265–271. [PubMed] [Google Scholar]
• Госс Р.Дж., Пауэл Р.С. Индукция рогов оленей пересаженной надкостницей. I. Размер и форма трансплантата. Джей Эксп Зоол. 1985; 235: 359–373. [PubMed] [Google Scholar]
• Госс Р.Дж., Ван Прааг А., Брюэр П. Механизм отбрасывания рогов у лани. Джей Эксп Зоол. 1992; 264:429–436. [PubMed] [Google Scholar]
• Госс Р.Дж. Будущие направления исследований рогов.Анат Рек. 1995; 241: 291–302. [PubMed] [Google Scholar]
• Григориадис А.Е., Петкович П.М., Розенталь Э.Е., Хирше Дж.Н. Модуляция ретиноевой кислотой 1,25-дигидроксивитамина D3 влияет на активность щелочной фосфатазы и чувствительность паратиреоидного гормона в остеобластоподобной клеточной линии остеосаркомы. Эндокринология. 1986; 119: 932–939. [PubMed] [Google Scholar]
• Hartwig H. Experimentelle untersuchungen zur entwicklungsphysiologie der stangenbildung beim reh ( Capreolus capreolus L.1758) Roux’ Arch Entwicklungsmech. 1967; 158: 358–384. [PubMed] [Google Scholar]
• Hartwig H, Schrudde J. Experimentelle Untersuchungen zur Bildung der primaren Stirnauswüchse beim Reh ( Capreolus capreolus L. ) Z Jagdwiss. 1974; 20:1–13. [Google Scholar]
• Хебер-Кац Э., Леферович Дж., Бедельбаева К., Гуревич Д., Кларк Л. Сердце без рубцов и мышь MRL. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2004; 359: 785–793. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Jaczewski Z, Doboszynska T, Krzywinski A.Индукция роста рогов путем ампутации ножки у благородных оленей ( Cervus elaphus L.), кастрированных до полового созревания. Folia Biol (Краков) 1976; 24: 299–307. [PubMed] [Google Scholar]
• Kierdorf U, Kierdorf H. Состояние определения антлерогенных тканей с особым упором на образование двойной головки. В: Браун Р.Д., редактор. Биология оленя. Нью-Йорк: Спрингер; 1992. стр. 525–531. [Google Scholar]
• Kierdorf U, Schultz M, Fischer K. Влияние антиандрогенной терапии на цикл рогов самцов лани ( Dama dama L.) J Exp Zool. 1993; 266:195–205. [PubMed] [Google Scholar]
• Kierdorf U, Kierdorf H, Schultz M. Макроскопическая и микроскопическая структура двойных рогов и педикулезной кости cervidae (Mammalia, Artiodactyla) Anat Anz. 1994; 176: 251–257. [PubMed] [Google Scholar]
• Kierdorf U, Kierdorf H, Knuth S. Влияние кастрации на рост рогов лани ( Dama dama L.) J Exp Zool. 1995; 273:33–43. [PubMed] [Google Scholar]
• Kierdorf U, Bartos L. Обработка растущей ножки ретиноевой кислотой увеличила размер первых рогов лани ( Dama dama L.) Comp Biochem Physiol C Pharmacol Toxicol Endocrinol. 1999; 124:7–9. [PubMed] [Google Scholar]
• Kierdorf U, Kierdorf H. Задержка эктопического роста рогов и формирование двойного рога в пястной области лани ( Dama dama L.) после трансплантации антлерогенной надкостницы. Анат Анз. 2000; 182:365–370. [PubMed] [Google Scholar]
• Kierdorf U, Kierdorf H. Роль антлерогенной надкостницы в формировании ножки и рога у оленей. В: Sim JS, Sunwoo HH, Hudson RJ, Jeon BT, редакторы.Antler Science and Product Technology. Канада: Antler Science and Production Technology. Исследовательский центр; 2001. С. 33–52. [Google Scholar]
• Kierdoff U, Stoffels E, Stoffels D, Kierdoff H, Szuwart T, Clemen G. Гистологические исследования формирования кости при восстановлении ножки и ранней регенерации рогов у косули и лани. Анат Рек. 2003; 273: 741–751. [PubMed] [Google Scholar]
• Кирдофф У., Кирдофф Х. Формирование костей в рогах. В: Suttie JM, Haines SR, Li C, редакторы.Достижения в области науки о рогах и технологии производства. 2004. С. 55–63. [Google Scholar]
• Кирдорф Ю., Кирдорф Х., Шульц М., Рольф Х.Дж. Гистологическое строение рогов кастрированных самцов лани ( Dama dama ) Anat Rec A Discov Mol Cell Evol Biol. 2004; 281:1352–1362. [PubMed] [Google Scholar]
• Kobayashi T, Chung UI, Schipani E, et al. PTHrP и Indian hedgehog контролируют дифференцировку хондроцитов пластинки роста на нескольких этапах. Разработка. 2002; 129: 2977–2986.[PubMed] [Google Scholar]
• Li C, Suttie JM. Светомикроскопические исследования ножки и раннего развития первых рогов благородного оленя ( Cervus elaphus ) Anat Rec. 1994; 239:198–215. [PubMed] [Google Scholar]
• Li C, Waldrup KA, Corson ID, Littlejohn RP, Suttie JM. Гистогенез антлерогенных тканей, культивируемых в диффузионных камерах in vivo у благородного оленя ( Cervus elaphus ) J Exp Zool. 1995; 272:345–355. [PubMed] [Google Scholar]
• Li C, Suttie JM. Электронно-микроскопические исследования антлерогенных клеток пяти стадий развития во время формирования ножки и раннего формирования рогов благородного оленя ( Cervus elaphus ) Anat Rec.1998; 252: 587–599. [PubMed] [Google Scholar]
• Li C, Littlejohn RP, Suttie JM. Влияние инсулиноподобного фактора роста 1 и тестостерона на пролиферацию антлерогенных клеток in vitro. Джей Эксп Зоол. 1999; 284:82–90. [PubMed] [Google Scholar]
• Li C, Harris AJ, Suttie JM. Тканевые взаимодействия и антлерогенез: новые данные, полученные с помощью ксенотрансплантата. Джей Эксп Зоол. 2001; 290:18–30. [PubMed] [Google Scholar]
• Li C, Suttie JM. Антлерогенная надкостница оленей: фрагмент постнатально сохранившейся эмбриональной ткани? Анат Эмбриол (Берл) 2001; 204: 375–388. [PubMed] [Google Scholar]
• Li C, Suttie JM, Clark DE. Морфологическое наблюдение регенерации рогов благородного оленя ( Cervus elaphus ) J Morph. 2004; 262: 731–740. [PubMed] [Google Scholar]
• Li C, Suttie JM, Clark DE. Гистологическое исследование регенерации рогов благородного оленя ( Cervus elaphus ) Anat Rec A Discov Mol Cell Evol Biol. 2005 [PubMed] [Google Scholar]
• Lincoln GA. Половая зрелость у сезонно размножающегося самца благородного оленя ( Cervus elaphus L.) J Reprod Fertil. 1971; 25: 41–54. [PubMed] [Google Scholar]
• Lincoln GA. Появление ножек рогов в раннем внутриутробном периоде у благородных оленей. J Embryol Exp Morph. 1973; 29: 431–437. [PubMed] [Google Scholar]
• Lincoln GA, Tyler NJ. Роль эстрадиола в регуляции сезонного цикла рогов у самок северного оленя, Rangifer tarandus . J Reprod Fertil. 1999; 115: 167–174. [PubMed] [Google Scholar]
• Lord E, Clark DE, Martin SK, et al. Гены профилирования экспрессируются в регенерирующем кончике рога благородного оленя ( Cervus elaphus ).В: Suttie JM, редактор. Antler Science and Product Technology. 2004. [Google Scholar]
• Матич Дж., Басфорд Николсон Л.Ф., Барлинг П.М. Митотическая активность в растущем панте благородного оленя. Cell Biol Int. 2003; 27: 625–632. [PubMed] [Google Scholar]
• Muir PD, Sykes AR, Barrell GK. Изменения состава крови и гистологии во время роста рогов благородного оленя ( Cervus elaphus ) и их взаимосвязь с уровнями тестостерона в плазме. Дж Анат. 1988; 158:31–42. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Mundy G, Gutierrez G, Gallwitz W, et al.Факторы роста костей, полученные из рогов, и их потенциал для использования при остеопорозе. В: Sim JS, Sunwoo HH, Hudson RJ, Jeon BT, редакторы. Antler Science and Product Technology. Канада: Antler Science and Production Technology. Исследовательский центр; 2001. стр. 171–187. [Google Scholar]
• Най Х. Л., Кэмерон Дж.А., Чернофф Э.А., Стокум Д.Л. Регенерация конечности уроделе: обзор. Дев Дин. 2003; 226: 280–294. [PubMed] [Google Scholar]
• Олива А., Делла Раджионе Ф., Фратта М., Марроне Г., Палумбо Р., Заппиа В.Влияние ретиноевой кислоты на экспрессию гена остеокальцина в остеобластах человека. Biochem Biophys Res Commun. 1993; 191:908–914. [PubMed] [Google Scholar]
• Park C-K, Ishinmi Y, Ohmura M, Yamaguchi M, Ikegami S. Витамин А и каротиноиды стимулируют дифференцировку остеобластных клеток мыши. J Nutr Sci Vit. 1997; 43: 281–296. [PubMed] [Google Scholar]
• Park HJ, Lee do H, Park SG и др. Протеомный анализ рогов благородного оленя. Протеомика. 2004;4:3642–3653. [PubMed] [Google Scholar]
• Посс К.Д., Китинг М.Т., Нечипорук А.Рассказы о регенерации у рыбок данио. Дев Дин. 2003; 226: 202–210. [PubMed] [Google Scholar]
• Прайс Дж.С., Ояджоби Б.О., Орефо Р.О., Рассел Р.Г. Клетки, культивированные из растущего кончика рога благородного оленя, экспрессируют щелочную фосфатазу и пролиферируют в ответ на инсулиноподобный фактор роста-I. J Эндокринол. 1994; 143: R9–R16. [PubMed] [Google Scholar]
• Прайс Дж.С., Ояджоби Б.О., Налин А.М., Фрейзер А., Рассел Р.Г., Сэнделл Л.Дж. Хондрогенез в регенерирующем кончике рога благородного оленя: экспрессия коллагена типов I, IIA, IIB и X, продемонстрированная гибридизацией нуклеиновых кислот in situ и иммуноцитохимией.Дев Дин. 1996; 205: 332–347. [PubMed] [Google Scholar]
• Price J, Faucheux C. Изучение молекулярных механизмов регенерации рогов. В: Sim JS, Sunwoo HH, Hudson RJ, Jeon BT, редакторы. Antler Science and Product Technology. Канада: Antler Science and Production Technology. Исследовательский центр; 2001. С. 53–67. [Google Scholar]
• Прайс Дж., Аллен С. Изучение механизмов, регулирующих регенерацию рогов оленя. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2004; 359: 809–822. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Price J, Faucheux C, Allen S.Рога оленя как модель регенерации млекопитающих. Curr Topics Devel Biol. 2005; 67: 1–48. [PubMed] [Google Scholar]
• Риггс Б. , Хосла С., Мелтон Л.Дж. Половые стероиды и построение и сохранение взрослого скелета. Endocr Rev. 2002; 23: 279–302. [PubMed] [Google Scholar]
• Садиги М., Хейнс С.Р., Скоттнер А., Харрис А.Дж., Сатти Дж.М. Влияние инсулиноподобного фактора роста-I (IGF-I) и IGF-II на рост клеток рогов in vitro. J Эндокринол. 1994; 143:461–469. [PubMed] [Google Scholar]
• Садиги М., Ли С., Литтлджон Р.П., Сатти Дж.М.Влияние тестостерона отдельно или с IGF-I на рост клеток, происходящих из зоны пролиферации регенерирующих рогов in vitro. Гормон роста IGF Res. 2001; 11: 240–246. [PubMed] [Google Scholar]
• Санчес Альварадо А. Пресноводная планария Schmidtea mediterranea : эмбриогенез, стволовые клетки и регенерация. Curr Opin Genet Dev. 2003; 13: 438–444. [PubMed] [Google Scholar]
• Санчес Альварадо А. Регенерация и потребность в более простых модельных организмах. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci.2004; 359: 759–763. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Sandell L, Sugai JV, Trippel SB. Экспрессия коллагенов I, II, X и XI и мРНК аггрекана хондроцитами бычьей пластинки роста in situ. J Ортоп Res. 1994; 12:1–14. [PubMed] [Google Scholar]
• Sempere AJ, Boissin J, Dutourne B, Lacroix A, Blanc MR, Ravault JP. Изменения концентрации пролактина, ЛГ и ФСГ в плазме и тестикулярной активности в течение первого года жизни косули ( Capreolus capreolus L.) Ген Комп Эндокринол. 1983; 52: 247–254. [PubMed] [Google Scholar]
• Sempere AJ, Grimberg R, Silve C, Tau C, Garabedian M. Доказательства внепочечной продукции 1,25-дигидроксивитамина во время физиологического роста костей: продукция in vivo и in vitro клетками рогов оленя. Эндокринология. 1989; 125:2312–2319. [PubMed] [Google Scholar]
• Шевде Н.К., Бендиксен А.С., Диенгер К.М., Пайк Дж.В. Эстрогены подавляют дифференцировку остеокластов, индуцированную лигандом RANK, посредством независимого от стромальных клеток механизма, включающего репрессию c-Jun.Proc Natl Acad Sci USA. 2000;97:7829–7834. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Shi ZD, Barrell GK. Гормоны щитовидной железы необходимы для проявления сезонных изменений у самцов благородного оленя ( Cervus elaphus ). Репродукция Fertil Dev. 1994; 6: 187–192. [PubMed] [Google Scholar]
• Slack JM, Beck CW, Gargioli C, Christen B. Клеточные и молекулярные механизмы регенерации у Xenopus . Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2004; 359: 745–751. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Slootweg MC, Salles JP, Ohlsson C, De Vries CP, Engelbregt CP, Netelenbos JC.Гормон роста связывается с одним рецептором с высоким сродством на остеобластах мыши: модуляция ретиноевой кислотой и дифференцировка клеток. J Эндокринол. 1996; 150:465–472. [PubMed] [Google Scholar]
• Сен-Жак Б., Хаммершмидт М., МакМахон А.П. Передача сигналов индийского ежа регулирует пролиферацию и дифференцировку хондроцитов и необходима для формирования костей. Гены Дев. 1999;13:2072–2086. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Suttie JM, Lincoln GA, Kay RN. Эндокринная регуляция роста рогов благородных оленей.J Reprod Fertil. 1984; 71: 7–15. [PubMed] [Google Scholar]
• Suttie JM, Gluckman PD, Butler JH, Fennessy PF, Corson ID, Laas FJ. Инсулиноподобный фактор роста 1 (IGF-1) — пантостимулирующий гормон? Эндокринология. 1985; 116: 846–848. [PubMed] [Google Scholar]
• Suttie JM, Fennessy PF, Gluckman PD, Corson ID. Повышенные уровни IGF 1 в плазме у оленей препятствуют росту рогов. Эндокринология. 1988; 122:3005–3007. [PubMed] [Google Scholar]
• Suttie JM, White RG, Breier BH, Gluckman PD.Связанные с фотопериодом изменения инсулиноподобного фактора роста-I у северных оленей. Эндокринология. 1991; 129: 679–682. [PubMed] [Google Scholar]
• Suttie JM, Fennessy PF, Lapwood KR, Corson ID. Роль стероидов в росте рогов благородных оленей. Джей Эксп Зоол. 1995; 271:120–130. [PubMed] [Google Scholar]
• Szuwart T, Kierdorf H, Kierdorf U, Clemen G. Гистохимические и ультраструктурные исследования резорбции хряща и активности кислой фосфатазы во время роста рогов лани ( Dama dama ) Anat Rec.2002; 268: 66–72. [PubMed] [Google Scholar]
• Цонис П.А. Влияние канцерогенов на регенерирующие и нерегенерирующие конечности земноводных (обзор) Anticancer Res. 1983; 3: 195–202. [PubMed] [Google Scholar]
• Van der Eems KL, Brown RD, Gundberg CM. Циркулирующие уровни 1,25-дигидроксивитамина D, щелочной фосфатазы, гидроксипролина и остеокальцина связаны с ростом рогов у белохвостых оленей. Acta Endocrinol (Копенг) 1988; 118:407–414. [PubMed] [Google Scholar]
• West NO, Nordan HC.Гормональная регуляция размножения и цикл рогов у самцов колумбийского чернохвостого оленя ( Odocoileus hemionus columbianus ). Часть I. Сезонные изменения гистологии репродуктивных органов, сывороточного тестостерона, продукции спермы и цикла рогов. Джан Джей Зул. 1976; 54: 1617–1636. [PubMed] [Google Scholar]
• Wislocki G. Очерки биологии. Беркли, Калифорния: Издательство Калифорнийского университета; 1943. Исследования роста рогов оленей; стр. 631–653. В. [Google Scholar]

Ирландский благородный олень начинает сбрасывать рога?

На картине Эдвина Ландсира «Монарх долины», «бисквитном образе Шотландии», изображен королевский олень с 12 зубцами на рогах.

Имперские олени имеют 14 зубцов. У монархов их 16. 17-зубая особь была зарегистрирована на Эксмуре в 2011 году.

Черный олень, изображенный в пещере Ласко 19 000 лет назад, имеет 18. и ежегодно вырастает новая пара. Какая трата!

Большинство антилоп сохраняют свои рога, почему олени не делают этого? В только что опубликованной статье есть интересный подход к этому вопросу.

Самцы павлина отращивают красивые хвосты, чтобы произвести впечатление на самок.Рога также являются модным аксессуаром.

Давным-давно у самок появился фетиш на рога, и во время годового гона самцы отдавали предпочтение лучшим из них.

Это привело к «беглой селекции», когда размер рогов стал мерилом ценности потенциального жеребца.

Рога эволюционировали как оружие, но большие рога больше мешают, чем помогают.

Меньший по размеру и менее громоздкий головной убор, безусловно, был бы более эффективным средством устрашения, а носить с собой огромные громоздкие придатки — бремя.

Рога гигантского ирландского оленя запутались в деревьях и кустарниках, когда окружающая среда изменилась в потеплении?

Было ли это причиной гибели животного все эти тысячелетия назад?

Так как большие рога не очень полезны, имеет смысл избавиться от них после гона.

Их потеря не только облегчает жизнь оленя, но и дает преимущество в выращивании новых, гарантируя, что они будут как можно больше в предстоящем испытании.

Знаменитый благородный олень из Килларни, графство Керри, имеет более крупного американского двоюродного брата, известного местным жителям как изюбрь.

Вопрос о том, следует ли считать его отдельным видом, а не подвидом с нашим, является спорным.

Wapitis, самый благородный и внушающий благоговейный трепет олень, которого я когда-либо встречал, проходил мимо моей палатки в Скалистых горах, игнорируя меня и мой костер. Волки, их большие враги, выли по ночам.

Другой гигантский олень Америки, лось, сбрасывает рога в начале декабря.

Как ни странно, изюбрь линяет медленно; хранить их до конца зимы.

Зоолог Мэтью Мец и его коллеги из Университета Монтаны и Службы национальных парков думают, что знают почему.

Их исследование выявило скрытые компромиссы в сбросе рогов.

Анализируя данные, собранные за 13 лет в Йеллоустонском национальном парке, они обнаружили, что волки гораздо чаще нападают на оленей, сбрасывающих рога, чем на тех, сохранивших их.

В группе самцов целью всегда будут те, у кого нет рогов.

Сравнительно слабых оленей щадят, при условии, что у них есть рога, за счет более сильных, которые сбросили свои рога; волки считают менее опасным нападение на безрогих оленей, чем на вооруженных.

Таким образом, сохранение рогов после брачного сезона имеет значение для выживания; это препятствует нападению волков.

Хотя у оленя, рано сбросившего их, больше шансов на спаривание, он проходит через перчатку волков.

Неудивительно, что молодые олени, у которых нет шансов конкурировать со старшими самцами во время гона, линяют последними.

Наш благородный олень может не беспокоиться о волках; мы истребили этих хищников столетия назад.

Олени здесь могли позволить себе сбросить рога в конце гона.

После двух столетий отсутствия угрозы со стороны волков, ирландский благородный олень начинает это делать?

Мэтью Мец и др. Хищничество формирует эволюционные черты оленьего оружия. Экология природы и эволюция. 2018.

Прочные, но жесткие рога оленя — мечта ученого-материаловеда — ScienceDaily

Благородные олени, ценящиеся за свои впечатляющие рога, на протяжении поколений попадали в поле зрения охотников. Но рога оленя гораздо больше, чем просто украшение. Это смертоносное оружие, которое олени сталкиваются во время дуэли.

Джон Керри из Йоркского университета, Великобритания, уже более полувека интересуется механическими свойствами кости и увлекся механическими свойствами рогов благодаря многолетнему сотрудничеству с Томасом Ландете-Кастилехосом в Университете де Кастилия-Ла-Манча. «Рога выглядят так, как будто они сухие, — говорит Керри, — но никто не знал, действительно ли они сухие, когда их используют на соревнованиях».

Любопытно узнать, используются ли рога благородного оленя в дуэлях влажными или сухими, и как это влияет на механические свойства рогов, Карри направился на юг, в Ла-Манчу, чтобы проверить механические свойства рогов благородного оленя, и опубликовал открытие, что сухие рога жесткий и жесткий 27 ноября 2009 г. в Journal of Experimental Biology.

Но перед тем, как команда приступила к проверке прочности рога, им нужно было выяснить, насколько сухими были кости. Собирая свежесрезанные рога с университетской фермы и местного охотничьего хозяйства сразу после того, как олени сбросили защитный бархат рогов, Карри, Ландете-Кастильехос, Хосе Эстевес и их коллеги каждую неделю взвешивали рога, чтобы выяснить, насколько они высохли. Удивительно, но за первые 2 недели рога потеряли колоссальные 8% своего веса, по сравнению с потерей веса в 1%, если бы их срезали в другое время года.В конце концов потеря веса стабилизировалась, и влажность рогов сравнялась с влажностью окружающего воздуха. Было ясно, что рога были сухими, когда олени начали дуэль.

Но как эта потеря воды повлияла на свойства материала кости по сравнению со свойствами нормальных костей, которые функционируют внутри и всегда влажные? Станет ли сухой рог лучшим оружием, чем мокрая кость?

Команда подготовила блоки сухого рога и мокрой бедренной кости оленя длиной 40 мм и измерила силу, необходимую для сгибания блоков, чтобы выяснить, насколько гибкими были материалы.Несмотря на то, что большинство костей относительно хрупкие и негибкие в сухом состоянии, команда обнаружила, что сухие рога почти такие же жесткие, как и влажные кости: что идеально подходит для оружия, которое должно выдержать длительный толчок после первого столкновения.

Но насколько «крепким» был рог? Сколько энергии он может поглотить при начальном столкновении? Приложив усилие к середине костных блоков и осторожно увеличивая его до тех пор, пока кость не сломается, команда построила кривую силы изгиба в зависимости от степени изгиба кости.Подсчитав количество энергии, которое рог может поглотить до того, как он разрушится, Карри обнаружил, что ткань была невероятно прочной: в 2,4 раза прочнее, чем нормальная влажная кость. И когда Керри измерил количество энергии, которое сухой рог может поглотить при ударе, он был удивлен и рад, увидев, что он может выдержать удары, в 6 раз более сильные, чем удары, которые раздробили мокрое бедро. Сухой рог был прочнее мокрой кости и идеально подходил для того, чтобы пережить первое столкновение оленей.

Таким образом, сухие рога оленя одновременно жесткие и прочные, что делает их идеально подходящими для использования в качестве оружия.И олень, кажется, решил проблему, которая десятилетиями озадачивала инженеров. «Очень сложно сделать что-то одновременно жесткое и жесткое», — говорит Керри, но кажется, что дуэли с оленями решили эту проблему эоны лет назад.

Источник истории:

Материалы предоставлены Journal of Experimental Biology . Оригинал написан Кэтрин Найт. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Почему рога оленя не ломаются во время боя

Рога оленя сделаны из кости и являются продолжением черепа оленя. Но до сих пор исследователи не до конца понимали, почему эта роговая кость способна выдерживать такой сильный стресс, не ломаясь во время боев.

По мнению исследователей из Лондонского университета королевы Марии, это во многом связано с тем, как волокна роговой кости устроены на микроскопическом уровне.

«Фибриллы, из которых состоит рог, расположены в шахматном порядке, а не на одной линии друг с другом. Это позволяет им поглощать энергию удара столкновения во время боя», — сказал автор Паолино Де Фалько в пресс-релизе.

Для анализа исследователи изучили рога благородного оленя. Всего в семействе оленей насчитывается 47 видов, включая северного оленя, карибу и лося. За исключением одного, у всех есть рога.

Глядя на роговую кость на наноуровне, то есть на структуры, которые составляют примерно одну тысячную ширины волоса, они смогли идентифицировать расположенные в шахматном порядке волокна, окруженные системой, которая может быть повреждена. Вместе это делает роговую кость эластичной, что означает, что она может прийти в норму после интенсивного напряжения.

Результаты были опубликованы в понедельник в журнале ACS Biomaterials Science & Engineering.

Теперь, когда у исследователей есть эта информация о роговых костях в наномасштабе, есть надежда найти хорошее применение в устойчивых к повреждениям материалах, которые могут стать прочнее, чем когда-либо.