Mała, nieśmiertelna hydra jest słodkowodnym zwierzęciem, które może zregenerować zupełnie nowe zwierzę z najdrobniejszego fragmentu swojego ciała. Zwykle robi to doskonale: jedną stopę, jedno długie, chude ciało i jedną macką głowę.
Ale za pomocą jednego genetycznego ulepszenia naukowcy mogą stworzyć potworne hydraty, które wyrastają w pełni funkcjonalne głowy na całym ciele - odpowiednie dla zwierzęcia o imieniu starożytnego greckiego potwora, który miał gdzieś od sześciu do dziewięciu głów.
Te wielogłowe hydraty to nie tylko sztuczka szalonej nauki. Po raz pierwszy badacze odkryli, co utrzymuje kontrolę regeneracji głowy hydry. Odkrycia mogą mieć wpływ na wszystko, od badań rozwojowych ludzi po badania nad rakiem.
Polowanie na wyłącznik
Chociaż hydrasy są prostymi zwierzętami, odrodzenie części ciała nie jest drobnym osiągnięciem. Przy każdej regeneracji zwierzę musi uporządkować swój plan budowy ciała, tak aby tylko jedna głowa znalazła się na górze, a tylko jedna stopa lub dysk podstawowy wyrastał na dole. Badacze mieli niektóre elementy tej układanki. Znali gen Wnt3 ma kluczowe znaczenie dla przyspieszenia wzrostu głowy. Wiedzieli też, że musi być jakaś kontrola molekularna Wnt3. Bez tego zahamowania hydra po prostu wyrosłaby na wszystkie strony. Wiedzieli również, że określony receptor i aktywator genetyczny, zwany beta-kateniną / TCF, został aktywowany przez Wnt3 aby rozpocząć proces wzrostu głowy.
Ale brakowało im przełącznika „off”. Brigitte Galliot, profesor genetyki i ewolucji na Uniwersytecie Genewskim, wiedział, że coś musiało zapobiegać wzrostowi hydry głowa po głowie.
Więc Galliot i jej koledzy poszli na polowanie. Zaczęli od bliskiego krewnego hydr, planarian lub płazińców, które również się regenerują. W genomie planarnym odkryli 440 genów, które stają się mniej aktywne po zablokowaniu sygnałów beta-kateniny / TCF, co daje im punkt wyjścia do poszukiwania innych genów zaangażowanych w ten cykl. Spośród nich 124 istniało również w genomie hydry.
Spośród nich znaleźli tylko pięć genów, które są najbardziej aktywne na szczycie cylindrycznego ciała hydry i najmniej aktywne u jego stóp, co oznacza, że musiały być specyficzne dla wzrostu głowy. Spośród tych pięciu poszukiwali genów, które stały się coraz bardziej aktywne podczas regeneracji. Pozostały trzy: Wnt3, Wnt5 i gen o nazwie Sp5.
Ostrożna równowaga
Zespół już to wiedział Wnt3 i Wnt5 przyspieszył proces uprawy głowy. Więc skupili się na Sp5. Wkrótce odkryli, że beta-katenina / TCF pobudza aktywność Sp5 - ale Sp5 tłumi także sygnały beta-kateniny / TCF poprzez represje Wnt3.
Może to zabrzmieć trochę dziwnie, ale właśnie tego szukali naukowcy: związek, który mógłby zahamować w niekontrolowanej pętli sprzężenia zwrotnego. Aby sprawdzić swoją pracę, wyhodowali hydry zaprojektowane tak, by nie wyrażać tego Sp5 gen.
„Na 100 tych zwierząt masz głowy pozamaciczne”, powiedział Galliot dla Live Science. „Co jest naprawdę niesamowite”.
Co się dzieje, Galliot i jej koledzy donosili dziś (19 stycznia) w czasopiśmie Nature Communications, że gdy hydra potrzebuje nowej głowy, uwalnia Wnt3, który przylega do beta-kateniny / TCF, która aktywuje całą masę genów, w tym więcej Wnt3 i Sp5. Bez Sp5, Wnt3 utrzymuje cykl, a tony głów wyskakują na całej regenerującej się hydrze. Te głowy, powiedział Galliot, są całkowicie funkcjonalne. Mają układ nerwowy, macki i pracujące usta.
Kiedy Sp5 jest na zdjęciu, tak jak jest w naturze, wiąże się z Wnt3, powstrzymując ten aktywator przed znajdowaniem i wiązaniem z beta-kateniną / TCF. W przypadku braku Wnt3beta-katenina / TCF przestaje wysyłać „zrób głowę!” wiadomości i rośnie tylko jedna głowa.
Galliot powiedział, że proces ten polega na równowadze między aktywacją a represjami. I tam rzeczy stają się interesujące. Okazało się, że Wnt3 nie tylko u płazińców i hydry oraz innych prostych, regenerujących się zwierząt. Dotyczy to również ssaków, w tym ludzi. Gen wydaje się wpływać na rozwój zarodkowy, co oznacza, że zrozumienie jego funkcji może pomóc naukowcom zrozumieć, co kontroluje wczesny rozwój człowieka. Wnt3 Galliot powiedział, że jest także kluczowym czynnikiem napędzającym niektóre rodzaje raka. To może być to Sp5 powiedziała, że manipulacja może zatrzymać rozprzestrzenianie się takich nowotworów.
Tego rodzaju badania medyczne są jeszcze dalekie w przyszłości, ale Galliot powiedział, że wysadzane mackami głowy hydry wskazują drogę.
„To, czego uczymy się od takich prostych organizmów, mówi nam, jakie testy możemy wykonać u ssaków, aby lepiej zrozumieć” - powiedziała. „Daje nam kierunek”.
