Крихітна, безсмертна гідра - це прісноводна тварина, яка здатна відродити зовсім нову тварину із найменшої крихітки її тіла. Зазвичай це робить ідеально: одна нога, одне довге худне тіло і одна щуряча голова.
Але за допомогою єдиного генетичного виправлення дослідники можуть створити жахливі гідри, які проростають повністю функціональними головами по всьому тілу - що підходить для тварини, названої за давньогрецьким чудовиськом, яке мало десь від шести до дев'яти голів.
Ці багатоголові гідри - це не просто витівка шаленої науки. Вперше дослідники з’ясували, що підтримує регенерацію голови гідри. Отримані результати могли б повідомити про все, від дослідження розвитку людини до дослідження раку.
Полювання на вимикач
Хоча гідри - прості тварини, відростання частин тіла не є незначним досягненням. З кожною регенерацією тварина має організувати свій план тіла так, щоб вгорі закінчувалася лише одна голова, а знизу проростала лише одна нога, або базальний диск. Дослідники мали деякі частини цієї головоломки. Вони знали ген Wnt3 має вирішальне значення для стимулювання росту голови. Вони також знали, що треба перевірити молекулярні процеси Wnt3. Без цього гальмування гідра просто виростала б головами по всьому. Вони також знали, що певний рецептор та генетичний активатор, званий бета-катенін / TCF, активується Wnt3 почати процес росту голови.
Але вони бракували вимикача "вимкнено". Щось, як вони знали, повинно було заважати гідрі рости головою за головою, заявила Бриджіт Галіот, професор генетики та еволюції в Женевському університеті.
Тож Галіот та її колеги вирушили на полювання. Вони почалися з близького родича гідр, планарій або плоских червів, які також відроджуються. У геномі планарів вони виявили 440 генів, які стають менш активними при блокуванні сигналів бета-катеніну / TCF, що дає їм вихідну точку для пошуку інших генів, що беруть участь у цьому циклі. З них 124 також існували в геномі гідри.
З них вони знайшли лише п’ять генів, які найбільш активні у верхній частині трубчастого тіла гідри і найменш активні біля її підніжжя, тобто вони повинні бути специфічними для росту голови. Серед цих п'яти вони шукали гени, які ставали все активнішими під час регенерації. Залишилося три: Wnt3, Wnt5 і званий ген Sp5.
Ретельний баланс
Команда це вже знала Wnt3 і Wnt5 отримав головний процес вирощування. Тому вони зосередилися на Sp5. Незабаром вони виявили, що бета-катенін / TCF спонукає до активності Sp5 - але Sp5 також приборкує бета-катенін / TCF-сигнали шляхом придушення Wnt3.
Це може здатися трохи дивним, але саме це шукали дослідники: сполука, яка могла б гальмувати в протилежному циклі зворотного зв'язку. Щоб перевірити їх роботу, вони вирощували гідри, спроектовані не для вираження цього Sp5 ген.
"У 100 цих тварин у вас є позаматкові голови", - сказав Ґалліот Live Science. "Що насправді дивовижно".
Що трапляється, Galliot та її колеги повідомили сьогодні (19 січня) у журналі Nature Communications, що коли гідра потребує нового керівника, вона випускає Wnt3, який чіпляється за бета-катенін / TCF, який активує цілу купу генів, у тому числі більше Wnt3 і Sp5. Без Sp5, the Wnt3 продовжує цикл, і тонни голови спливають по всій регенеруючій гідрі. Ці голови, сказав Голліот, повністю функціональні. У них нервова система, щупальця і робочий рот.
Коли Sp5 є на малюнку, як це є в природі, воно пов'язує Wnt3, утримуючи цей активатор від знаходження та зв’язування з бета-катеніном / TCF. За відсутності Wnt3, бета-катенін / TCF перестає надсилати "зробіть голову!" повідомлення, і росте лише одна голова.
Процес, зазначає Галліот, полягає у рівновазі між активізацією та репресіями. І ось дещо стає цікавим. Виявляється, що Wnt3 не тільки у плоских червів та гідр та інших простих, відроджуючих тварин. Це також у ссавців, включаючи людину. Здається, ген впливає на ембріональний розвиток, а це означає, що розуміння його функції може допомогти вченим зрозуміти, що контролює ранній розвиток людини. Wnt3 також є вирішальним рушієм деяких видів раку, сказав Галліот. Це може бути саме так Sp5 маніпуляція може зупинити розповсюдження таких видів раку, сказала вона.
Такого роду медичні дослідження ще далекі в майбутньому, але голова, що облягає щупальця гідри, вказує шлях, сказав Голліот.
"Те, що ми дізнаємось від простих організмів, як це, говорить нам, який тест ми можемо зробити у ссавців, щоб краще зрозуміти", - сказала вона. "Це дає нам напрямок".
