هيدرا الخالدة الصغيرة هي حيوان من المياه العذبة يمكنه تجديد حيوان جديد تمامًا من أصغر قطعة من جسمه. عادة ، يفعل ذلك بشكل مثالي: قدم واحدة وجسم نحيف طويل ورأس مجسّم.
ولكن باستخدام قرص وراثي واحد ، يمكن للباحثين إنشاء هيدرا وحشية تنبت رؤوسًا تعمل بكامل طاقتها في جميع أنحاء أجسامهم - مناسبة لحيوان مسمى لوحش يوناني قديم لديه ما بين ستة وتسعة رؤوس.
هذه Hydras متعددة الرؤوس ليست مجرد خدعة من العلوم المجنونة. لأول مرة ، اكتشف الباحثون ما الذي يحافظ على تجديد هيدرا الرأس. يمكن للنتائج أن تعلم كل شيء من دراسات النمو البشري إلى أبحاث السرطان.
البحث عن مفتاح إيقاف
على الرغم من أن hydras حيوانات بسيطة ، فإن إعادة نمو أجزاء الجسم ليست إنجازًا صغيرًا. مع كل عملية تجديد ، يجب على الحيوان تنظيم خطة جسمه بحيث ينتهي رأس واحد فقط في الأعلى ، وبراعم واحدة فقط ، أو قرص قاعدي ، براعم في الأسفل. كان لدى الباحثين بعض أجزاء هذا اللغز. لقد عرفوا الجين Wnt3 أمر حاسم لتحفيز نمو الرأس. كانوا يعرفون أيضًا أنه يجب أن يكون هناك بعض الفحص الجزيئي Wnt3. بدون هذا التثبيط ، سوف تنمو الهيدرا رؤوسًا في كل مكان. كما علموا أيضًا أن مستقبلات معينة ومُنشطًا جينيًا ، يُسمى بيتا كاتينين / TCF ، تم تنشيطه بواسطة Wnt3 لبدء عملية نمو الرأس.
لكنهم فقدوا مفتاح "الإيقاف". قالت بريجيت جاليوت ، أستاذة علم الوراثة والتطور في جامعة جنيف ، إن شيئًا ، كما تعلمون ، كان يجب أن يمنع هيدرا من النمو رأسًا تلو الآخر.
لذلك ذهبت غاليوت وزملاؤها في الصيد. بدأوا مع قريب قريب من الهيدرات أو المستويين أو الديدان المفلطحة ، والتي تتجدد أيضًا. في الجينوم الكوكبي ، وجدوا 440 جينًا تصبح أقل نشاطًا عندما يتم حظر إشارات بيتا كاتينين / TCF ، مما يمنحهم نقطة بداية للبحث عن الجينات الأخرى المشاركة في هذه الدورة. من بين هؤلاء ، يوجد 124 أيضًا في جينوم هيدرا.
ومن بين هؤلاء ، وجدوا خمسة جينات فقط تكون أكثر نشاطًا في الجزء العلوي من الجسم الأنبوبي في هيدرا وأقلها نشاطًا عند قدمها ، مما يعني أنها يجب أن تكون محددة لنمو الرأس. من بين هؤلاء الخمسة ، بحثوا عن الجينات التي أصبحت نشطة بشكل متزايد أثناء التجدد. هذا ترك ثلاثة: Wnt3 ، Wnt5 ودعا الجين س 5.
توازن دقيق
لقد عرف الفريق ذلك بالفعل Wnt3 و Wnt5 حصلت على عملية نمو الرأس المتداول. لذلك ركزوا على س 5. وسرعان ما وجدوا أن بيتا كاتينين / TCF يدفع نشاط س 5 - لكن س 5 كما يسقط إشارات بيتا كاتينين / TCF عن طريق القمع Wnt3.
قد يبدو هذا غريبا بعض الشيء ، ولكن هذا ما كان يبحث عنه الباحثون فقط: مركب يمكن أن يضع المكابح على حلقة تغذية مرتدة غير ذلك. للتحقق من عملهم ، نماوا hydras المهندسة على عدم التعبير عن س 5 الجين.
قال غاليوت لـ Live Science: "في 100 من هذه الحيوانات تحصل على رؤوس خارج الرحم". "وهو أمر مدهش حقا."
ما حدث ، ذكرت غاليوت وزملاؤها اليوم (19 يناير) في مجلة Nature Communications ، أنه عندما تحتاج هيدرا إلى رأس جديد ، فإنها تطلق Wnt3 ، الذي يتشبث بـ بيتا كاتينين / TCF ، الذي ينشط مجموعة كاملة من الجينات ، بما في ذلك المزيد Wnt3 و س 5. بدون س 5، ال Wnt3 يحافظ على استمرار الدورة ، وتنبثق أطنان من الرؤوس في جميع أنحاء هيدرا المتجددة. قال غاليوت إن هذه الرؤوس تعمل بكامل طاقتها. لديهم جهاز عصبي ومخالب وفم عامل.
متى س 5 هو في الصورة ، كما هو في الطبيعة ، فهو ملزم Wnt3، منع هذا المنشط من إيجاد وربط بيتا كاتينين / TCF. في غياب Wnt3، بيتا كاتينين / TCF توقف عن إرسال "اصنع رأسًا!" الرسائل ، وينمو رأس واحد فقط.
قال غاليوت إن العملية تدور كلها حول التوازن بين التنشيط والقمع. وهنا تصبح الأمور مثيرة للاهتمام. لقد أتضح أن Wnt3 ليس فقط في الديدان المسطحة والهيدرا وغيرها من الحيوانات البسيطة المجددة. وهي أيضًا في الثدييات ، بما في ذلك البشر. يبدو أن الجين يؤثر على التطور الجنيني ، مما يعني أن فهم وظيفته يمكن أن يساعد العلماء على فهم ما يتحكم في التنمية البشرية المبكرة. Wnt3 وقال جاليوت ، هو أيضا محرك حاسم لبعض أنواع السرطان. قد يكون ذلك س 5 وقالت إن التلاعب يمكن أن يوقف انتشار مثل هذه السرطانات.
وقال غاليوت إن هذا النوع من الأبحاث الطبية لا يزال بعيدًا في المستقبل ، لكن رؤوس هيدرا المزينة باللمسة تشير إلى الطريق.
وقالت: "ما نتعلمه من الكائنات البسيطة مثل هذا يخبرنا عن نوع الاختبار الذي يمكننا القيام به في الثدييات لفهم أفضل". "إنه يعطينا توجهاً".
