Die winzige, unsterbliche Hydra ist ein Süßwassertier, das ein völlig neues Tier aus dem kleinsten Splitter seines Körpers regenerieren kann. Normalerweise macht es das perfekt: Ein Fuß, ein langer, dünner Körper und ein Kopf mit Tentakel.
Mit einem einzigen genetischen Tweak können Forscher monströse Hydras erzeugen, aus denen voll funktionsfähige Köpfe über ihren ganzen Körper sprießen - passend für ein Tier, das nach einem antiken griechischen Monster benannt wurde, das zwischen sechs und neun Köpfe hatte.
Diese vielköpfigen Hydras sind nicht nur ein Trick der verrückten Wissenschaft. Zum ersten Mal haben Forscher herausgefunden, was die Regeneration des Hydra-Kopfes in Schach hält. Die Ergebnisse könnten alles von Entwicklungsstudien am Menschen bis zur Krebsforschung beeinflussen.
Die Suche nach einem Aus-Schalter
Obwohl Hydras einfache Tiere sind, ist das Nachwachsen von Körperteilen keine geringe Leistung. Bei jeder Regeneration muss das Tier seinen Körperplan so organisieren, dass nur ein Kopf oben landet und nur ein Fuß oder eine Basalscheibe unten sprießt. Die Forscher hatten einige Teile dieses Puzzles. Sie kannten das Gen. Wnt3 ist entscheidend für das Wachstum des Kopfes. Sie wussten auch, dass es eine molekulare Kontrolle geben musste Wnt3. Ohne diese Hemmung würde die Hydra nur überall Köpfe wachsen lassen. Sie wussten auch, dass ein bestimmter Rezeptor und ein genetischer Aktivator, Beta-Catenin / TCF genannt, durch aktiviert wurden Wnt3 den Kopfwachstumsprozess zu starten.
Aber ihnen fehlte der "Aus" -Schalter. Sie wussten, dass etwas verhindern musste, dass die Hydra Kopf für Kopf wächst, sagte Brigitte Galliot, Professorin für Genetik und Evolution an der Universität Genf.
Also gingen Galliot und ihre Kollegen auf die Jagd. Sie begannen mit einem nahen Verwandten von Hydras, Planariern oder Plattwürmern, die sich ebenfalls regenerieren. Im planaren Genom fanden sie 440 Gene, die weniger aktiv werden, wenn Beta-Catenin / TCF-Signale blockiert werden, was ihnen einen Ausgangspunkt für die Suche nach anderen an diesem Zyklus beteiligten Genen gibt. Von diesen existierten 124 auch im Hydra-Genom.
Von diesen fanden sie nur fünf Gene, die am oberen Ende des röhrenförmigen Körpers der Hydra am aktivsten und am Fuß am wenigsten aktiv sind, was bedeutet, dass sie spezifisch für das Kopfwachstum sein mussten. Unter diesen fünf suchten sie nach Genen, die während der Regeneration zunehmend aktiv wurden. Das ließ drei: Wnt3, Wnt5 und ein Gen namens Sp5.
Eine sorgfältige Balance
Das wusste das Team schon Wnt3 und Wnt5 brachte den Kopfwachstumsprozess ins Rollen. Also konzentrierten sie sich auf Sp5. Sie fanden bald heraus, dass Beta-Catenin / TCF die Aktivität von anregt Sp5 - aber Sp5 verringert auch die Beta-Catenin / TCF-Signale durch Unterdrückung Wnt3.
Das mag etwas seltsam klingen, aber es war genau das, wonach die Forscher suchten: eine Verbindung, die eine ansonsten außer Kontrolle geratene Rückkopplungsschleife bremsen könnte. Um ihre Arbeit zu überprüfen, bauten sie Hydras an, um das nicht auszudrücken Sp5 Gen.
"Bei 100 dieser Tiere bekommt man ektopische Köpfe", sagte Galliot gegenüber Live Science. "Was wirklich erstaunlich ist."
Galliot und ihre Kollegen berichteten heute (19. Januar) in der Zeitschrift Nature Communications, dass eine Hydra, wenn sie einen neuen Kopf braucht, freigesetzt wird Wnt3, welches an Beta-Catenin / TCF haftet, das eine ganze Reihe von Genen aktiviert, einschließlich mehr Wnt3 und Sp5. Ohne Sp5, das Wnt3 hält den Zyklus am Laufen und Tonnen von Köpfen tauchen überall in der regenerierenden Hydra auf. Diese Köpfe, sagte Galliot, sind voll funktionsfähig. Sie haben ein Nervensystem und Tentakeln und einen funktionierenden Mund.
Wann Sp5 ist auf dem Bild, wie es in der Natur ist, bindet es an Wnt3, um zu verhindern, dass dieser Aktivator Beta-Catenin / TCF findet und daran bindet. In Abwesenheit von Wnt3, Beta-Catenin / TCF hört auf zu senden "mach einen Kopf!" Nachrichten, und nur ein Kopf wächst.
Der Prozess, sagte Galliot, dreht sich alles um das Gleichgewicht zwischen Aktivierung und Unterdrückung. Und hier wird es interessant. Es stellt sich heraus, dass Wnt3 ist nicht nur bei Plattwürmern und Hydras und anderen einfachen, sich regenerierenden Tieren. Es ist auch bei Säugetieren, einschließlich Menschen. Das Gen scheint die Embryonalentwicklung zu beeinflussen, was bedeutet, dass das Verständnis seiner Funktion Wissenschaftlern helfen könnte, zu verstehen, was die frühe menschliche Entwicklung steuert. Wnt3 ist auch ein entscheidender Treiber für einige Arten von Krebs, sagte Galliot. Es könnte das sein Sp5 Manipulationen könnten die Verbreitung solcher Krebsarten stoppen, sagte sie.
Diese Art der medizinischen Forschung ist noch weit in der Zukunft, aber die mit Tentakeln übersäten Köpfe der Hydra weisen den Weg, sagte Galliot.
"Was wir von einfachen Organismen wie diesen lernen, sagt uns, welche Art von Test wir bei Säugetieren durchführen können, um besser zu verstehen", sagte sie. "Es gibt uns eine Richtung."
