Hidra minusculă, nemuritoare, este un animal de apă dulce care poate regenera un animal cu totul nou din doar cea mai mică zveltă a corpului său. De obicei, face acest lucru perfect: un picior, un corp lung de piele și un cap tentat.
Însă, cu un singur reglaj genetic, cercetătorii pot crea hidre monstruoase care încolțesc capete complet funcționale pe tot corpul lor - potrivite pentru un animal numit pentru un monstru grec antic care avea undeva între șase și nouă capete.
Aceste hidre cu multe capete nu sunt doar un truc al științei nebunești. Pentru prima dată, cercetătorii au descoperit ce ține regenerarea capului hidra. Rezultatele ar putea informa totul, de la studii de dezvoltare umană la cercetarea cancerului.
Vânătoarea pentru un întrerupător oprit
Deși hidrele sunt animale simple, regăsirea părților corpului nu este o realizare minoră. Cu fiecare regenerare, animalul trebuie să-și organizeze planul corpului, astfel încât doar un cap să ajungă în partea de sus, și doar un picior, sau un disc bazal, să încolțească pe fund. Cercetătorii au avut câteva dintre piesele acestui puzzle. Știau gena Wnt3 este crucial pentru determinarea creșterii capului. Știau, de asemenea, că trebuie să existe vreo verificare moleculară Wnt3. Fără această inhibiție, hidra ar crește capete peste tot. Ei au stiut, de asemenea, ca un anumit receptor si activator genetic, numit beta-catenina / TCF, au fost activati de Wnt3 pentru a începe procesul de creștere a capului.
Dar le lipsea întrerupătorul „oprit”. Ceva ce știau, trebuia să împiedice hidra să crească cap după cap după cap, a spus Brigitte Galliot, profesor de genetică și evoluție la Universitatea din Geneva.
Așa că Galliot și colegii ei au plecat la vânătoare. Au început cu o rudă apropiată de hidre, planari sau viermi, care, de asemenea, se regenerează. În genomul planar, ei au găsit 440 de gene care devin mai puțin active atunci când semnalele beta-catenină / TCF au fost blocate, oferindu-le un punct de plecare pentru căutarea altor gene implicate în acest ciclu. Dintre aceștia, 124 au existat și în genomul hidrei.
Dintre aceștia, au găsit doar cinci gene care sunt cele mai active în partea de sus a corpului tubular al hidrei și cel mai puțin active la piciorul său, ceea ce înseamnă că trebuiau să fie specifice creșterii capului. Printre cei cinci, au căutat gene care au devenit tot mai active în timpul regenerării. Asta a lăsat trei: Wnt3, Wnt5 și o genă numită SP5.
Un echilibru atent
Echipa știa deja asta Wnt3 și Wnt5 procesul de creștere a capului se rulează. Așa că s-au concentrat pe SP5. Au descoperit curând că beta-catenina / TCF solicită activitatea SP5 - dar SP5 de asemenea, elimină semnalele beta-catenină / TCF prin reprimare Wnt3.
S-ar putea să sune puțin ciudat, dar tocmai ceea ce căutau cercetătorii: un compus care ar putea pune frânele pe o buclă de feedback altfel rătăcită. Pentru a-și verifica activitatea, au dezvoltat hidras concepute pentru a nu exprima SP5 gena.
„În 100 dintre aceste animale primești capete ectopice”, a spus Galliot Live Science. „Ceea ce este cu adevărat uimitor”.
Ceea ce se întâmplă, Galliot și colegii ei au raportat astăzi (19 ianuarie) în jurnalul Nature Communications, este că atunci când o hidră are nevoie de un nou cap, acesta eliberează Wnt3, care se agață de beta-catenină / TCF, care activează o mulțime de gene, inclusiv mai multe Wnt3 și SP5. Fără SP5, Wnt3 menține ciclul în mișcare și tone de capete se ridică peste hidra regeneratoare. Aceste capete, a spus Galliot, sunt total funcționale. Au un sistem nervos și tentacule și o gură de lucru.
Cand SP5 este în imagine, așa cum este în natură, se leagă de Wnt3, împiedicând ca activatorul să găsească și să se lege la beta-catenină / TCF. În lipsa Wnt3, beta-catenina / TCF nu mai trimite "faceți cap!" mesaje și doar un cap crește.
Procesul, a spus Galliot, se referă la echilibrul dintre activare și represiune. Și de aici lucrurile devin interesante. Se pare că Wnt3 nu este doar în viermi și hidre și alte animale simple, regeneratoare. Este, de asemenea, la mamifere, inclusiv la oameni. Gena pare să afecteze dezvoltarea embrionară, ceea ce înseamnă că înțelegerea funcției sale ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă ce controlează dezvoltarea umană timpurie. Wnt3 este, de asemenea, un factor crucial pentru un fel de cancer, a spus Galliot. S-ar putea să fie asta SP5 manipularea ar putea opri proliferarea acestor tipuri de cancer, a spus ea.
Acest tip de cercetare medicală este încă departe în viitor, dar capetele cu tentaculul hidrei indică calea, a spus Galliot.
„Ceea ce învățăm de la organisme simple ca acesta ne spune ce fel de test putem face la mamifere pentru a înțelege mai bine”, a spus ea. „Ne dă o direcție”.
