Крошечная бессмертная гидра - это пресноводное животное, способное регенерировать совершенно нового животного из крошечного кусочка его тела. Обычно он делает это отлично: одна нога, одно длинное тощее тело и одна щупальца голова.
Но с помощью одного генетического изменения, исследователи могут создавать чудовищные гидры, которые прорастают полностью функциональные головы по всему телу - для животного, названного по имени древнегреческого монстра, у которого было где-то от шести до девяти голов.
Эти многоголовые гидры - не просто уловка безумной науки. Впервые исследователи выяснили, что контролирует регенерацию головки гидры. Полученные данные могут дать информацию обо всем: от исследований человеческого развития до исследований рака.
Охота на выключатель
Хотя гидры - простые животные, отрастание частей тела не является незначительным достижением. При каждой регенерации животное должно организовывать свой план тела так, чтобы одна голова была сверху, а одна нога или базальный диск - снизу. У исследователей были некоторые части этой загадки. Они знали ген Wnt3 имеет решающее значение для стимулирования роста головы. Они также знали, что должна быть какая-то молекулярная проверка Wnt3, Без этого торможения у гидры будут расти головы. Они также знали, что конкретный рецептор и генетический активатор, называемый бета-катенин / TCF, были активированы Wnt3 начать процесс роста головы.
Но им не хватало выключателя. Они знали, что что-то должно было предотвратить рост гидры голова за головой, сказала Бриджит Галлиот, профессор генетики и эволюции в Женевском университете.
Итак, Галлиот и ее коллеги отправились на охоту. Они начали с близкого родственника гидр, планарий или плоских червей, которые также регенерируют. В планарном геноме они обнаружили 440 генов, которые становятся менее активными, когда блокируются сигналы бета-катенина / TCF, что дает им отправную точку для поиска других генов, вовлеченных в этот цикл. Из них 124 также присутствовали в геноме гидры.
Из них они обнаружили только пять генов, которые наиболее активны в верхней части трубчатого тела гидры и наименее активны у ее стопы, что означает, что они должны быть специфичными для роста головы. Среди этих пяти они искали гены, которые становились все более активными во время регенерации. Осталось три: Wnt3, Wnt5 и ген называется SP5.
Тщательный баланс
Команда уже знала, что Wnt3 и Wnt5 получил процесс выращивания головы. Поэтому они сосредоточились на SP5, Вскоре они обнаружили, что бета-катенин / TCF стимулирует активность SP5 - но SP5 также подавляет сигналы бета-катенина / TCF путем подавления Wnt3.
Это может показаться немного странным, но это было именно то, что искали исследователи: соединение, которое могло бы тормозить петлю обратной связи. Чтобы проверить свою работу, они выращивали гидры, спроектированные так, чтобы не выражать SP5 ген.
«У 100 из этих животных у вас эктопические головы», - сказал Галлиот в интервью Live Science. «Что действительно удивительно».
Что происходит, Галлио и ее коллеги сообщили сегодня (19 января) в журнале Nature Communications, что когда гидре нужна новая голова, она выпускает Wnt3, который цепляется за бета-катенин / TCF, который активирует целый ряд генов, в том числе больше Wnt3 и SP5, Без SP5, Wnt3 поддерживает цикл, и тонны голов появляются по всей регенерирующей гидре. Эти головы, сказал Галлиот, полностью функциональны. У них нервная система, щупальца и рабочий рот.
когда SP5 на картинке, как и в природе, она привязана к Wnt3, удерживая этот активатор от обнаружения и связывания с бета-катенином / TCF. В отсутствии Wnt3, бета-катенин / TCF прекращает рассылку "сделай голову!" сообщения, и только одна голова растет.
По словам Галлиота, весь процесс заключается в балансе между активацией и репрессиями. И вот тут все становится интересно. Оказывается, что Wnt3 не только у плоских червей, гидр и других простых регенерирующих животных. Это также у млекопитающих, включая людей. Ген, по-видимому, влияет на эмбриональное развитие, что означает, что понимание его функции может помочь ученым понять, что контролирует раннее развитие человека. Wnt3 также является одним из важнейших факторов возникновения некоторых видов рака, сказал Галлиот. Это может быть SP5 манипуляции могут остановить распространение таких видов рака, сказала она.
Такого рода медицинские исследования еще далеко в будущем, но усыпанные щупальцами головы гидры указывают путь, сказал Галлиот.
«То, что мы узнаем из простых организмов, подобных этому, говорит нам, какой тест мы можем сделать на млекопитающих, чтобы лучше понять», - сказала она. «Это дает нам направление».
