Pieni kuolematon hydra on makean veden eläin, joka pystyy uudistamaan kokonaan uuden eläimen vain kehon pienimmästä suulakkeesta. Yleensä se tekee tämän täydellisesti: Yksi jalka, yksi pitkä laiha vartalo ja yksi lonkeroitu pää.
Mutta yhdellä geneettisellä nipistimellä tutkijat voivat luoda hirviömäisiä hydejä, jotka itävät täysin toiminnalliset päät koko vartaloonsa - sopivia eläimelle, joka on nimetty antiikin Kreikan hirviölle, jolla oli jonkin verran kuusi - yhdeksän päätä.
Nämä monipäiset hydrat eivät ole vain hullujen tieteiden temppu. Tutkijat ovat ensimmäistä kertaa keksineet, mikä pitää hydrapään uudistumisen hallinnassa. Havainnot voisivat antaa tiedon kaikesta ihmisen kehitystutkimuksista syöpätutkimukseen.
Poiskytkimen etsintä
Vaikka hydrat ovat yksinkertaisia eläimiä, ruumiinosien uudelleenkasvaminen ei ole vähäinen saavutus. Jokaisen uudistamisen yhteydessä eläimen on organisoitava kehosuunnitelmansa siten, että vain yksi pää päätyy päälle ja vain yksi jalka eli pohjalevy itää pohjaan. Tutkijoilla oli joitain tämän palapelin palasia. He tunsivat geenin Wnt3 on erittäin tärkeätä pään kasvun vauhdittamisessa. He tiesivät myös, että molekyylitarkastus on tehtävä Wnt3. Ilman tätä estoa hydra kasvaa vain päänsä ympäri. He tiesivät myös, että tietty reseptori ja geneettinen aktivaattori, nimeltään beeta-kateniini / TCF, aktivoituivat Wnt3 aloittaa pään kasvuprosessi.
Mutta heistä puuttui "pois" -kytkin. Heidän tietysti jotain piti estää hydrauksen kasvamasta pää peräkkäin, sanoo Geneven yliopiston genetiikan ja evoluution professori Brigitte Galliot.
Joten Galliot ja hänen kollegansa menivät metsästämään. He aloittivat hydra-, planarian- tai limamatojen läheisellä sukulaisella, joka myös uudistuu. Plantaarisessa genomissa he löysivät 440 geeniä, jotka muuttuvat vähemmän aktiivisiksi, kun beeta-kateniini / TCF -signaalit estettiin, mikä antoi heille lähtökohdan muiden tässä syklissä mukana olevien geenien etsimiseen. Niistä 124 oli myös hydragenomissa.
Niistä he löysivät vain viisi geeniä, jotka ovat aktiivisimpia hydraan putkimaisen rungon yläosassa ja vähiten aktiivisia sen jalassa, mikä tarkoittaa, että niiden oli oltava spesifisiä pään kasvuun. Näiden viiden joukosta he etsivät geenejä, jotka aktivoituvat entistä aktiivisemmin uudistumisen aikana. Se jäljellä kolme: Wnt3, Wnt5 ja geeni nimeltään SP5.
Varovainen tasapaino
Joukkue tiesi sen jo Wnt3 ja Wnt5 sai pään kasvavan prosessin liikkeelle. Joten he keskittyivät SP5. He huomasivat pian, että beeta-kateniini / TCF indusoi SP5 - mutta SP5 myös peukaloi beeta-kateniini / TCF-signaalit tukahduttamalla Wnt3.
Tämä saattaa kuulostaa hiukan oudolta, mutta se oli juuri sitä, mitä tutkijat etsivät: yhdiste, joka voisi asettaa jarrut muuten karkaistun palautussilmukan päälle. Tarkistaakseen työnsä he kasvattivat hydraa, jotka oli suunniteltu olemaan ilmaisematta SP5 geeni.
"100: sta näistä eläimistä saat kohdunulkoiset päät", Galliot kertoi Live Science: lle. "Mikä on todella hämmästyttävää."
Galliot ja hänen kollegansa kertoivat tänään (19. tammikuuta) Nature Communications -lehdessä, että tapahtuu, että kun hydra tarvitsee uuden pään, se vapauttaa Wnt3, joka tarttuu beeta-kateniiniin / TCF: ään, joka aktivoi kokonaisen joukon geenejä, mukaan lukien enemmän Wnt3 ja SP5. Ilman SP5, Wnt3 pitää syklin jatkuvana, ja tonnia päätä tulee esiin koko regeneroivassa hydrassa. Galliot sanoi, että nämä päät ovat täysin toimivia. Heillä on hermosto ja lonkeroita ja toimiva suu.
Kun SP5 on kuvassa, koska se on luonteeltaan, se sitoo Wnt3, estäen aktivaattorin löytämästä ja sitoutumasta beetakateniiniin / TCF: ään. Poissaollessa Wnt3, beeta-kateniini / TCF lopettaa lähettämisen "tee pää!" viestejä, ja vain yksi pää kasvaa.
Galliot sanoi, että kyseessä on aktivoinnin ja sorron välinen tasapaino. Ja siellä asiat muuttuvat mielenkiintoisiksi. Selviää siitä Wnt3 ei vain lamamatoissa ja hydroissa ja muissa yksinkertaisissa, uudistuvissa eläimissä. Se on myös nisäkkäissä, mukaan lukien ihmiset. Geeni näyttää vaikuttavan alkion kehitykseen, mikä tarkoittaa, että sen toiminnan ymmärtäminen voi auttaa tutkijoita ymmärtämään, mikä hallitsee ihmisen varhaista kehitystä. Wnt3 on myös ratkaiseva tekijä jonkin tyyppisissä syöpissä, Galliot sanoi. Se voi olla niin SP5 manipulointi voisi pysäyttää tällaisten syöpien leviämisen, hän sanoi.
Tällainen lääketieteellinen tutkimus on vielä kaukana tulevaisuudessa, mutta hydraan lonkeroiden päät osoittavat tietä, Galliot sanoi.
"Se, mitä me opimme tämänkaltaisilta yksinkertaisilta organismeilta, kertoo meille, millaisia testejä voimme tehdä nisäkkäillä ymmärtääksemme paremmin", hän sanoi. "Se antaa meille suunnan."
