Малката, безсмъртна хидра е сладководно животно, което може да регенерира изцяло ново животно само от най-малката треска на тялото си. Обикновено това прави перфектно: Един крак, едно дълго кльощаво тяло и една пипала глава.
Но с един генетичен ощипване изследователите могат да създадат чудовищни хидри, които поникват напълно функционални глави по телата им - подходящи за животно, наречено за древногръцко чудовище, което имаше някъде между шест и девет глави.
Тези многоглави хидри не са просто трик на безумната наука. За първи път изследователите разбраха какво поддържа контрола на регенерацията на главата. Откритията биха могли да информират всичко - от проучвания на човешкото развитие до изследване на рака.
Ловът за изключен ключ
Въпреки че хидрите са обикновени животни, повторното нарастване на частите на тялото не е малко постижение. С всяка регенерация животното трябва да организира плана на тялото си така, че само една глава да завърши отгоре и само един крак или базален диск да поникне на дъното. Изследователите имаха някои от частите на този пъзел. Те познаваха гена Wnt3 е от решаващо значение за стимулиране растежа на главата. Те също знаеха, че трябва да има някаква молекулярна проверка Wnt3, Без това инхибиране, хидрата просто би отглеждала глави навсякъде. Те също така знаеха, че определен рецептор и генетичен активатор, наречен бета-катенин / TCF, се активират от Wnt3 за да започне процеса на растеж на главата.
Но им липсваше превключвателя „изключен“. Нещо, те знаеха, трябваше да попречи на хидрата да расте глава след глава, каза Брижит Галиот, професор по генетика и еволюция в Женевския университет.
Така Галиот и нейните колеги тръгнаха на лов. Те започнаха с близък роднина на хидри, планари или плоски червеи, които също се регенерират. В планарийния геном те са открили 440 гена, които стават по-малко активни, когато бета-катенин / TCF сигналите са блокирани, което им дава отправна точка за търсенето на други гени, участващи в този цикъл. От тях 124 са съществували и в хидра генома.
От тях те откриха само пет гена, които са най-активни в горната част на тръбното тяло на хидрата и най-малко активни в подножието й, което означава, че трябва да са специфични за растежа на главата. Сред тези пет са търсили гени, които стават все по-активни по време на регенерация. Това остави три: Wnt3, Wnt5 и ген, наречен Sp5.
Внимателен баланс
Екипът вече знаеше това Wnt3 и Wnt5 процесът на отглеждане на главата се търкаля. Затова те се съсредоточиха върху Sp5, Скоро установили, че бета-катенинът / TCF подтиква активността на Sp5 - но Sp5 също опира бета-катенин / TCF сигналите чрез потискане Wnt3.
Това може да звучи малко странно, но точно това търсеха изследователите: съединение, което би могло да постави спирачките в противен случай откъснат цикъл за обратна връзка. За да проверят работата си, те отглеждаха хидри, проектирани да не изразяват това Sp5 ген.
"При 100 от тези животни получавате извънматочни глави", казва Галиот пред Live Science. "Което е наистина невероятно."
Това, което се случва, Галиот и нейните колеги, докладвани днес (19 януари) в списанието Nature Communications, е, че когато една хидра има нужда от нова глава, тя се освобождава Wnt3, който се придържа към бета-катенин / TCF, което активира цял куп гени, включително повече Wnt3 и Sp5, Без Sp5, the Wnt3 поддържа цикъла и тонове глави изскачат по цялата регенерираща хидра. Тези глави, каза Галиот, са напълно функционални. Те имат нервна система и пипала и работеща уста.
Кога Sp5 е в картината, както е в природата, тя се обвързва Wnt3, запазвайки този активатор от намирането и свързването с бета-катенин / TCF. В отсъствието на Wnt3, бета-катенинът / TCF спира да изпраща „направи глава!“ съобщения и расте само една глава.
Процесът, каза Галиът, е свързан с баланса между активиране и репресия. И там нещата стават интересни. Оказва се, че Wnt3 не е само при плоски червеи и хидри и други прости, регенериращи животни. Има го и при бозайници, включително и хора. Изглежда, че генът влияе на ембрионалното развитие, което означава, че разбирането на неговата функция може да помогне на учените да разберат какво контролира ранното човешко развитие. Wnt3 също е решаващ двигател на някакъв вид рак, каза Галиот. Може да е това Sp5 манипулацията може да спре разпространението на такива видове рак, каза тя.
Този вид медицински изследвания са все още далеч в бъдещето, но главите на хидра на пипалата на хидра сочат пътя, каза Галиот.
"Това, което научаваме от прости организми като този, ни казват какъв тест можем да направим при бозайници, за да разберем по-добре", каза тя. „Дава ни насока“.
