Pisike, surematu hüdra on magevee loom, kes suudab täiesti uue looma regenereerida oma keha kõige pisemast killust. Tavaliselt teeb see suurepäraselt: üks jalg, üks pikk kõhn keha ja üks kombits pea.
Kuid ühe geneetilise näpistamise abil saavad teadlased luua koletuid hüdrasid, mis tärkavad kogu kehas täielikult funktsionaalseid päid - sobivad loomale, kes on nimetatud Vana-Kreeka koletise jaoks ja kellel oli kuskil kuus kuni üheksa pead.
Need mitme otsaga hüdrad pole lihtsalt hullu teaduse trikk. Teadlased on esimest korda välja mõelnud, mis hoiab kontrolli all hüdrapea uuenemist. Tulemused võiksid anda teavet kõigest alates inimese arengu uuringutest kuni vähiuuringuteni.
Väljalüliti jaht
Kuigi hüdrad on lihtsad loomad, pole kehaosade taaskasvatamine sugugi väike saavutus. Iga uuenemisega peab loom korraldama oma kehaplaani nii, et ainult üks pea ulatuks üles ja ainult üks jalg ehk põhiketas idaneks põhjas. Teadlastel oli mõned selle pusle tükid. Nad teadsid geeni Wnt3 on pea kasvu kiirendamiseks ülioluline. Nad teadsid ka, et mingisugust molekulaarset kontrolli tuleb teha Wnt3. Ilma selle pärssimiseta kasvaks hüdra lihtsalt kõigil peadel. Nad teadsid ka, et teatud retseptor ja geneetiline aktivaator, mida nimetatakse beeta-kateniiniks / TCF-ks, aktiveeriti Wnt3 pea kasvu protsessi alustamiseks.
Kuid neil ei olnud lülitit "välja". Midagi, mis nad teadsid, pidi takistama hüdra kasvamist pea järel, ütles Genfi ülikooli geneetika ja evolutsiooni professor Brigitte Galliot.
Nii läksid Galliot ja ta kolleegid jahile. Nad alustasid hüdrate, tasapinnaliste või lameusside lähisugulastega, kes samuti regenereeruvad. Tasapinnalises genoomis leidsid nad 440 geeni, mis muutuvad beeta-kateniini / TCF-i signaalide blokeerimisel vähem aktiivseks, andes neile lähtepunkti teiste selles tsüklis osalevate geenide otsimiseks. Neist 124 eksisteeris ka hüdra genoomis.
Neist leidsid nad vaid viis geeni, mis on kõige aktiivsemad hüdra toruja keha ülaosas ja kõige vähem aktiivsed selle jalamil, mis tähendab, et nad pidid olema spetsiifilised pea kasvu suhtes. Nende viie hulgast otsisid nad geene, mis taaselustamise ajal üha aktiivsemaks said. Jäi kolm: Wnt3, Wnt5 ja geeni nimega Sp5.
Hoolikas tasakaal
Meeskond juba teadis seda Wnt3 ja Wnt5 sai pea kasvamise protsessi veerema. Nii et nad keskendusid Sp5. Peagi leidsid nad, et beeta-kateniin / TCF ajendab seda Sp5 - aga Sp5 ka represseerimise teel taltsutab beeta-kateniini / TCF signaale Wnt3.
See võib kõlada pisut kummaliselt, kuid see oli just see, mida teadlased otsisid: ühend, mis võiks pidurid panna muidu otsa saanud tagasisidele. Oma töö kontrollimiseks kasvatasid nad hüdrasid, mis olid kavandatud mitte väljendama Sp5 geen.
"100st neist loomadest saate ektoopilisi päid," rääkis Galliot Live Science'ile. "Mis on tõesti hämmastav."
Mis juhtub, teatas Galliot ja tema kolleegid täna (19. jaanuaril) ajakirjas Nature Communications, et kui hüdra vajab uut pead, vabastab ta Wnt3, mis klammerdub beeta-kateniini / TCF-i, mis aktiveerib terve hulga geene, sealhulgas enama Wnt3 ja Sp5. Ilma Sp5, Wnt3 hoiab tsükli käimas ja tonnid pead hüppavad üle kogu taastava hüdra. Galliot ütles, et need pead on täiesti töökorras. Neil on närvisüsteem ja kombitsad ning töötav suu.
Millal Sp5 on pildil, nagu see on looduses, see seob Wnt3, hoides seda aktivaatorit beeta-kateniini / TCF-i leidmise ja seondumise eest. Puudumisel Wnt3, beeta-kateniin / TCF lõpetab sõnumi "tee pea!" sõnumeid ja kasvab ainult üks pea.
Galliot ütles, et see protsess seisneb tasakaalus aktiveerimise ja repressioonide vahel. Ja seal saavad asjad huvitavaks. Selgub, et Wnt3 mitte ainult lamamis- ja hüdras- ning muudes lihtsates, uuenevates loomades. See on ka imetajatel, sealhulgas inimestel. Geen näib mõjutavat embrüonaalset arengut, mis tähendab, et selle funktsiooni mõistmine võiks aidata teadlastel mõista, mis kontrollib inimese varajast arengut. Wnt3 on ka teatud vähiliikide oluline edasiviiv jõud, ütles Galliot. See võib nii olla Sp5 manipuleerimine võib peatada selliste vähkkasvajate leviku, ütles ta.
Selliseid meditsiinilisi uuringuid on tulevikus veel kaugel, kuid hüdra kombitsad-pead näitavad teed, ütles Galliot.
"See, mida me õpime niimoodi lihtsatelt organismidelt, ütleb meile, milliseid katseid saame imetajatel teha, et neist paremini aru saada," ütles ta. "See annab meile suuna."
