Η μικροσκοπική, αθάνατη Ύδρα είναι ένα ζώο γλυκού νερού που μπορεί να αναγεννήσει ένα εντελώς καινούργιο ζώο από το μικρότερο στέλεχος του σώματός του. Συνήθως, το κάνει τέλεια: Ένα πόδι, ένα μακρύ κοκαλιάρικο σώμα και ένα κεκλιμένο κεφάλι.
Ωστόσο, με μία γενετική βελτίωση, οι ερευνητές μπορούν να δημιουργήσουν τερατώδεις υδρες που ξεφλουδίζουν πλήρως λειτουργικά κεφάλια σε όλο τους το σώμα - κατάλληλα για ένα ζώο που ονομάζεται αρχαίο ελληνικό τέρας που είχε κάπου μεταξύ έξι και εννέα κεφαλών.
Αυτές οι πολυσυζητημένες υδρες δεν είναι απλώς ένα τέχνασμα τρελών επιστημών. Για πρώτη φορά, οι ερευνητές έχουν καταλάβει τι ελέγχει την αναγέννηση κεφαλής υδρας. Τα ευρήματα θα μπορούσαν να ενημερώσουν τα πάντα, από μελέτες ανθρώπινης ανάπτυξης μέχρι έρευνα για τον καρκίνο.
Το κυνήγι ενός διακόπτη
Αν και οι υδρες είναι απλά ζώα, η αναγέννηση των τμημάτων του σώματος δεν αποτελεί μικρό επίτευγμα. Με κάθε αναγέννηση, το ζώο πρέπει να οργανώσει το σχέδιο του σώματός του, έτσι ώστε μόνο ένα κεφάλι να καταλήγει στην κορυφή και μόνο ένα πόδι ή βασικό δίσκο βλασταίνει στο κάτω μέρος. Οι ερευνητές είχαν μερικά από τα κομμάτια αυτού του παζλ. Γνώριζαν το γονίδιο Wnt3 είναι ζωτικής σημασίας για την ώθηση της ανάπτυξης του κεφαλιού. Ήξεραν επίσης ότι πρέπει να υπάρξει κάποιος μοριακός έλεγχος Wnt3. Χωρίς αυτή την αναστολή, η Ύδρα θα μεγαλωνόταν απλά. Επίσης γνώριζαν ότι ένας συγκεκριμένος υποδοχέας και ένας γενετικός ενεργοποιητής, που ονομάζεται βήτα-κατενίνη / TCF, ενεργοποιήθηκαν από Wnt3 για να ξεκινήσει η διαδικασία ανάπτυξης κεφαλής.
Αλλά έλειπε ο διακόπτης "off". Κάτι, ήξεραν, έπρεπε να αποτρέψουν την υδρα από την αύξηση του κεφαλιού μετά από το κεφάλι μετά το κεφάλι, δήλωσε ο Brigitte Galliot, καθηγητής γενετικής και εξέλιξης στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης.
Ο Γκάλιοτ και οι συνάδελφοί της πήγαν στο κυνήγι. Ξεκίνησαν με έναν στενό συγγενή των υδρών, των πλανητικών ή των επίπεδων σκουληκιών, που αναγεννάται επίσης. Στο πλανητικό γονιδίωμα, βρήκαν 440 γονίδια που γίνονται λιγότερο δραστικά όταν μπλοκαριστούν τα σήματα βήτα-κατενίνης / TCF, δίνοντάς τους ένα σημείο εκκίνησης για την αναζήτηση άλλων γονιδίων που εμπλέκονται σε αυτόν τον κύκλο. Από αυτούς, 124 επίσης υπήρχαν στο γονιδίωμα της υδρας.
Από αυτούς, βρήκαν μόνο πέντε γονίδια που είναι πιο ενεργά στην κορυφή του σωληνωτού σώματος της υδρα και λιγότερο ενεργά στο πόδι της, που σημαίνει ότι έπρεπε να είναι ειδικά για την ανάπτυξη του κεφαλιού. Μεταξύ αυτών των πέντε, αναζητούσαν γονίδια τα οποία γίνονταν όλο και πιο δραστικά κατά την αναγέννηση. Αυτό άφησε τρία: Wnt3, Wnt5 και ένα γονίδιο που ονομάζεται Sp5.
Μια προσεκτική ισορροπία
Η ομάδα το γνώριζε ήδη Wnt3 και Wnt5 πήρε την κυλινδρική διαδικασία καλλιέργειας. Έτσι επικεντρώθηκαν Sp5. Σύντομα διαπίστωσαν ότι η βήτα-κατενίνη / TCF προκαλεί τη δραστηριότητα του Sp5 - αλλά Sp5 επίσης καταστρέφει τα σήματα βήτα-κατενίνης / TCF με καταστολή Wnt3.
Αυτό μπορεί να ακούγεται λίγο περίεργο, αλλά ήταν ακριβώς αυτό που αναζητούσαν οι ερευνητές: μια ένωση που θα μπορούσε να βάλει τα φρένα σε έναν βρόχο ανατροφοδότησης. Για να ελέγξουν τη δουλειά τους, μεγάλωσαν υδραράδες με σκοπό να μην το εκφράσουν Sp5 γονίδιο.
"Σε 100 από αυτά τα ζώα παίρνετε εκτοπικά κεφάλια", δήλωσε ο Galliot Live Science. "Αυτό είναι πραγματικά εκπληκτικό."
Αυτό που συμβαίνει, όπως ανακοίνωσε σήμερα ο Galliot και οι συνεργάτες της στο περιοδικό Nature Communications, είναι ότι όταν μια Ύδρα χρειάζεται νέο κεφάλι, απελευθερώνει Wnt3, που προσκολλάται στην βήτα-κατενίνη / TCF, η οποία ενεργοποιεί ολόκληρο το μάτσο γονιδίων, συμπεριλαμβανομένων περισσότερων Wnt3 και Sp5. Χωρίς Sp5, ο Wnt3 κρατάει τον κύκλο και οι τόνοι των κεφαλών αναδύονται σε όλη την αναζωογονητική Ύδρα. Αυτά τα κεφάλια, είπε ο Galliot, είναι απόλυτα λειτουργικά. Έχουν ένα νευρικό σύστημα και πλοκάμια και ένα στόμα εργασίας.
Οταν Sp5 είναι στην εικόνα, όπως είναι στη φύση, δεσμεύεται Wnt3, διατηρώντας αυτόν τον ενεργοποιητή από την εύρεση και δέσμευση σε βήτα-κατενίνη / TCF. Με την απουσία του Wnt3, η βήτα-κατενίνη / TCF σταματά να στέλνει "κάνει ένα κεφάλι!" μηνύματα και μόνο ένα κεφάλι μεγαλώνει.
Η διαδικασία, δήλωσε ο Galliot, αφορά την ισορροπία μεταξύ ενεργοποίησης και καταστολής. Και αυτό είναι που τα πράγματα γίνονται ενδιαφέροντα. Τελικά φαίνεται πως Wnt3 δεν είναι μόνο σε flatworms και hydras και άλλα απλά, αναγεννητικά ζώα. Είναι επίσης σε θηλαστικά, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων. Το γονίδιο φαίνεται να επηρεάζει την εμβρυϊκή ανάπτυξη, πράγμα που σημαίνει ότι η κατανόηση της λειτουργίας του θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να καταλάβουν τι ελέγχει την πρώιμη ανθρώπινη ανάπτυξη. Wnt3 είναι επίσης ένας κρίσιμος παράγοντας για κάποιους τύπους καρκίνου, δήλωσε ο Γκαλλιότ. Θα μπορούσε να είναι αυτό Sp5 η χειραγώγηση θα μπορούσε να σταματήσει τον πολλαπλασιασμό τέτοιων καρκίνων, είπε.
Αυτό το είδος ιατρικής έρευνας εξακολουθεί να είναι πολύ στο μέλλον, αλλά τα κεφάλια της Ύδρα με τα πλοκάμια δείχνουν το δρόμο, είπε ο Galliot.
"Αυτό που μαθαίνουμε από απλούς οργανισμούς όπως αυτό μας λέει τι είδους δοκιμή μπορούμε να κάνουμε στα θηλαστικά για να καταλάβουμε καλύτερα", είπε. "Μας δίνει μια κατεύθυνση."
