Drobna, nesmrtna hidra je sladkovodna žival, ki lahko regenerira povsem novo žival iz samo najmanjšega drsnika svojega telesa. Običajno to naredi odlično: z eno nogo, z enim dolgim vitkim telesom in z eno glavico.
Toda z enim samim genskim potegom lahko raziskovalci ustvarijo pošastne hidre, ki po telesu poženejo povsem funkcionalne glave - primerno za žival, imenovano po starogrški pošasti, ki je imela nekje med šest in devet glav.
Te večglave hidre niso samo trik nore znanosti. Raziskovalci so prvič ugotovili, kaj preverja regeneracijo glave hidre. Ugotovitve bi lahko vsebovale vse, od človeških razvojnih študij do raziskav raka.
Lov na izklopljeno stikalo
Čeprav so hidrasti preproste živali, ponovno pridobivanje delov telesa ni manjši dosežek. Z vsako regeneracijo mora žival organizirati svoj telesni načrt tako, da se na vrhu konča samo ena glava, na dnu pa le ena noga ali bazalni disk. Raziskovalci so imeli nekaj kosov te sestavljanke. Poznali so gen Wnt3 je ključnega pomena za spodbujanje rasti glave. Vedeli so tudi, da je treba nekaj molekularno preveriti Wnt3. Brez te inhibicije bi hidra samo porasla glave. Vedeli so tudi, da določen receptor in genetski aktivator, imenovan beta-katenin / TCF, aktivira Wnt3 za začetek procesa rasti glave.
Vendar so pogrešali stikalo za izklop. Nekaj, kar so vedeli, bi moralo preprečiti, da bi hidra rastela za glavo, je povedala Brigitte Galliot, profesorica genetike in evolucije na ženevski univerzi.
Tako sta se Galliot in njeni sodelavci odpravili na lov. Začeli so s tesnim sorodnikom hidra, plavarjev ali ploskih črvov, ki se tudi obnavljajo. V načrtnem genomu so našli 440 genov, ki postanejo manj aktivni, ko so blokirani signali beta-katenina / TCF, kar jim je postalo izhodišče za iskanje drugih genov, vključenih v ta cikel. Od tega jih je 124 obstajalo tudi v genomu hidre.
Od teh so našli le pet genov, ki so najbolj aktivni na vrhu cevastega telesa hidre in najmanj aktivni ob njenem vznožju, kar pomeni, da morajo biti specifični za rast glave. Med temi petimi so iskali gene, ki so med regeneracijo postajali vse bolj aktivni. To je ostalo tri: Wnt3, Wnt5 in gen imenovan Sp5.
Pazljivo ravnotežje
Ekipa je to že vedela Wnt3 in Wnt5 postopno naraščajoči proces. Tako so se osredotočili na Sp5. Kmalu so ugotovili, da beta katenin / TCF spodbuja aktivnost Sp5 - ampak Sp5 z zatiranjem zavira tudi signale beta-katenina / TCF Wnt3.
To se morda sliši nekoliko nenavadno, vendar so raziskovalci iskali ravno to: spojino, ki bi lahko zavirala v sicer bežni povratni zanki. Da bi preverili svoje delo, so gojili hidre, ki jih niso mogli izraziti Sp5 gen.
"Pri 100 teh živalih dobite ektopične glave," je Galliot povedal Live Science. "Kar je res neverjetno."
Galliot in njeni kolegi so danes (19. januarja) poročali v reviji Nature Communications, da ko hidra potrebuje novo glavo, Wnt3, ki se oklepa beta-katenina / TCF, kar aktivira cel kup genov, tudi več Wnt3 in Sp5. Brez Sp5, the Wnt3 nadaljuje cikel, in po celotni regeneracijski hidri se dvignejo tone glav. Te glave, je dejal Galliot, so popolnoma funkcionalne. Imajo živčni sistem in pipke ter delujoča usta.
Kdaj Sp5 je na sliki, kot je v naravi, na katero se veže Wnt3, s čimer prepreči iskanje in vezavo na beta-katenin / TCF. V odsotnosti Wnt3, beta katenin / TCF preneha pošiljati "naredi glavo!" sporočil in raste samo ena glava.
Proces, je dejal Galliot, temelji na ravnovesju med aktiviranjem in represijo. In tam postanejo stvari zanimive. Izkazalo se je, da Wnt3 ne gre samo za deževnike in hidre ter druge preproste, regenerirajoče živali. Prav tako je pri sesalcih, tudi pri ljudeh. Zdi se, da gen vpliva na embrionalni razvoj, kar pomeni, da bi razumevanje njegove funkcije lahko znanstvenikom pomagalo razumeti, kaj nadzoruje zgodnji človekov razvoj. Wnt3 je tudi ključni povzročitelj nekaterih vrst raka, je dejal Galliot. Mogoče bi bilo to Sp5 Kot je dejala, lahko manipulacija ustavi širjenje takih rakavih obolenj.
Tovrstne medicinske raziskave so še daleč v prihodnosti, toda potisne glave hidrine v obliki dirkača kažejo pot, je dejal Galliot.
"Kar se naučimo od preprostih organizmov, kot je ta, nam pove, kakšen test lahko naredimo pri sesalcih, da se bolje razumemo," je dejala. "To nam daje smer."
