Malá, nesmrtelná hydra je sladkovodní zvíře, které dokáže regenerovat zcela nové zvíře z nejmenšího kousku těla. Obvykle to dělá perfektně: Jedna noha, jedno dlouhé hubené tělo a jedna chapaná hlava.
Ale s jediným genetickým vyladěním mohou vědci vytvořit monstrózní hydry, které vylíhnou plně funkční hlavy po celém těle - vhodné pro zvíře pojmenované pro starověké řecké monstrum, které mělo někde mezi šesti a devíti hlavami.
Tyto mnohohlavé hydry nejsou jen trikem šílené vědy. Poprvé vědci přišli na to, co udržuje regeneraci hlavy hydry pod kontrolou. Tato zjištění by mohla informovat vše od lidských vývojových studií až po výzkum rakoviny.
Hledání vypínače
Přestože jsou hydra jednoduchá zvířata, dorůstající části těla nejsou menším úspěchem. Při každé regeneraci musí zvíře uspořádat svůj tělesný plán tak, aby nahoře skončila pouze jedna hlava a na dně klíčila pouze jedna noha nebo bazální disk. Vědci měli některé kousky této hádanky. Znali ten gen Wnt3 je rozhodující pro pobídku k růstu hlavy. Věděli také, že je třeba provést nějakou molekulární kontrolu Wnt3. Bez této zábrany by hydra jen vyrostla z hlavy. Věděli také, že konkrétní receptor a genetický aktivátor, nazývaný beta-katenin / TCF, byl aktivován pomocí Wnt3 zahájit proces růstu hlavy.
Chybí jim však vypínač. Věděli, že něco musí bránit tomu, aby hydra rostla hlavou za hlavou, řekla Brigitte Galliot, profesorka genetiky a vývoje na Ženevské univerzitě.
Takže Galliot a její kolegové šli lovit. Začali s blízkým příbuzným hydrů, planariánů nebo plochých červů, které se také regenerují. V planetárním genomu našli 440 genů, které se staly méně aktivní, když byly blokovány signály beta-katenin / TCF, což je výchozím bodem pro hledání dalších genů zapojených do tohoto cyklu. Z nich 124 existovalo také v genomu hydra.
Z nich našli pouze pět genů, které jsou nejaktivnější v horní části tubulárního těla hydry a nejméně aktivní na jeho noze, což znamená, že musely být specifické pro růst hlavy. Z těchto pěti hledali geny, které se během regenerace staly stále aktivnějšími. Zůstaly tři: Wnt3, Wnt5 a gen nazvaný Sp5.
Opatrná rovnováha
Tým to už věděl Wnt3 a Wnt5 rozběhl se proces pěstování hlavy. Zaměřili se tedy na Sp5. Brzy zjistili, že beta-katenin / TCF vyvolává aktivitu Sp5 - ale Sp5 také potlačuje signály beta-kateninu / TCF potlačením Wnt3.
To by mohlo znít trochu podivně, ale právě to vědci hledali: směs, která by mohla brzdit jinak utečenou zpětnou vazbu. Aby zkontrolovali svou práci, vyrostli hydráty, aby nevyjádřili Sp5 gen.
„U 100 z těchto zvířat máte mimoděložní hlavy,“ řekl Galliot Live Science. "Což je opravdu úžasné."
Galliot a její kolegové dnes (19. ledna) v časopise Nature Communications informovali, že když hydra potřebuje novou hlavu, uvolní se Wnt3, který přilne k beta-kateninu / TCF, který aktivuje celou řadu genů, včetně dalších Wnt3 a Sp5. Bez Sp5, Wnt3 udržuje cyklus v chodu a po celé regenerační hydře se objevují tuny hlav. Tyto hlavy, řekl Galliot, jsou zcela funkční. Mají nervový systém a chapadla a pracovní ústa.
Když Sp5 je na obrázku, jak je v přírodě, váže se na Wnt3, které brání tomu, aby tento aktivátor našel a navázal se na beta-katenin / TCF. V nepřítomnosti Wnt3, beta-catenin / TCF přestane vysílat „udělej hlavu!“ zprávy a roste pouze jedna hlava.
Galliot řekl, že tento proces je o rovnováze mezi aktivací a represí. A tam jsou věci zajímavé. Ukázalo se, že Wnt3 není jen v ploštěnkách a hydrách a jiných jednoduchých regenerujících zvířatech. Je to také u savců, včetně lidí. Zdá se, že gen ovlivňuje embryonální vývoj, což znamená, že porozumění jeho funkci by mohlo vědcům pomoci pochopit, co kontroluje časný vývoj člověka. Wnt3 je také rozhodujícím faktorem některých druhů rakoviny, řekl Galliot. To by mohlo být Sp5 manipulace by mohla zastavit šíření takových rakovin, řekla.
Tento druh lékařského výzkumu je v budoucnu ještě daleko, ale hlavičky hydry s chapadlem ukazují na cestu, řekl Galliot.
„Co se naučíme od jednoduchých organismů, jako je tento, nám říká, jaký druh testu můžeme u savců udělat, abychom lépe porozuměli,“ řekla. "Dává nám to směr."
