ההידרה הקטנטנה, האלמותית, היא חיה של מים מתוקים שיכולה לחדש חיה חדשה לחלוטין רק מהפסק הזעיר ביותר בגופה. בדרך כלל זה עושה זאת בצורה מושלמת: רגל אחת, גוף רזה ארוך וראש זרוע אחד.
אך בעזרת ציוץ גנטי יחיד, החוקרים יכולים ליצור הידרות מפלצתיות המנבצות ראשים תפקודיים מלאים בכל גופם - מתאים לבעל חיים שנקרא מפלצת יוונית עתיקה שהייתה איפשהו בין שישה לתשעה ראשים.
ההידרות הרבות הראשיות הללו אינן רק טריק של מדע מטורף. לראשונה, החוקרים גילו מה שומר על התחדשות ראש ההידרה. הממצאים עשויים ליידע כל דבר, החל ממחקרים התפתחותיים של בני אדם ועד למחקר סרטן.
המסע אחר מתג כבוי
אף על פי שהידרות הן חיות פשוטות, צמיחת חלקי גוף מחדש אינה הישג קל. עם כל התחדשות, החיה צריכה לארגן את תוכנית גופה כך שרק ראש אחד יגיע למעלה, ורק רגל אחת, או דיסק בזל, תנבט על הקרקעית. לחוקרים היו חלק מחתיכות הפאזל הזה. הם הכירו את הגן Wnt3 חיוני בכדי לעודד את צמיחת הראש. הם גם ידעו שחייבת להיות בדיקה מולקולרית כלשהי Wnt3. ללא אותה עכבה, ההידרה הייתה רק מצמיחה ראשים בכל רחבי העולם. הם גם ידעו כי קולטן ופעילה גנטית מסוימת, המכונה בטא-קטנין / TCF, הופעלו על ידי Wnt3 להתחיל בתהליך צמיחת הראש.
אבל הם חסרו את מתג ה"כיבוי ". משהו, הם ידעו, היה צריך למנוע מהידרה לצמוח ראש אחרי ראש אחרי ראש, אמרה בריג'יט גליוט, פרופסור לגנטיקה ואבולוציה באוניברסיטת ג'נבה.
אז גליוט ועמיתיה יצאו לצוד. הם התחילו עם קרוב משפחה של הידרות, פלנטאנים או תולעים שטוחות, שמתחדשות גם הן. בגנום הפלנטרי הם מצאו 440 גנים שהופכים פחות פעילים כאשר אותות בטא-קטנין / TCF נחסמו, מה שהעניק להם נקודת מוצא לחיפוש גנים אחרים המעורבים במחזור זה. מתוכם 124 היו גם בגנום ההידרה.
מבין אלה, הם מצאו רק חמישה גנים הפעילים ביותר בחלק העליון של הגוף הצינורי של ההידרה והפחות פעילים למרגלותיו, כלומר הם היו צריכים להיות ספציפיים לצמיחת הראש. מבין החמישה הללו הם חיפשו גנים שנעשו פעילים יותר ויותר במהלך ההתחדשות. זה השאיר שלושה: Wnt3, Wnt5 וגן שנקרא Sp5.
איזון זהיר
הצוות כבר ידע זאת Wnt3 ו Wnt5 הוביל את תהליך צמיחת הראש. אז הם התמקדו Sp5. עד מהרה הם גילו כי בטא-קטנין / TCF מעודד את הפעילות של Sp5 - אבל Sp5 גם מאבד את אותות בטא-קטנין / TCF על ידי הדחקה Wnt3.
זה אולי יישמע קצת מוזר, אבל זה בדיוק מה שחיפשו החוקרים: מתחם שיכול להניח את הבלמים על לולאת משוב אחרת. כדי לבדוק את עבודתם, הם גידלו הידרות שלא הובילו את הביטוי Sp5 גן.
"ב 100 מבעלי החיים האלה אתה מקבל ראשים חוץ רחמיים," אמר גליוט ל- Live Science. "וזה באמת מדהים."
מה שקורה, דיווחו גליוט ועמיתיה היום (19 בינואר) בכתב העת Nature Communications, הוא שכאשר הידרה זקוקה לראש חדש, היא משחררת Wnt3, הנצמדת לבטא-קטנין / TCF, שמפעילה חבורה שלמה של גנים, כולל יותר Wnt3 ו Sp5. בלי Sp5, ה Wnt3 ממשיך את המחזור, וטונות של ראשים צצים בכל ההידרה המתחדשת. הראשים האלה, אמר גליוט, הם פונקציונליים לחלוטין. יש להם מערכת עצבים וזרועות ופה עובד.
מתי Sp5 היא בתמונה, כמו שהיא בטבע, היא נקשרת Wnt3, מונע מאותו מפעיל למצוא קשר ולהיקשר לבטא-קטנין / TCF. בהעדר Wnt3, בטא-קטנין / TCF מפסיק לשלוח "עשה ראש!" הודעות ורק ראש אחד צומח.
התהליך, אמר גליוט, נוגע לאיזון בין הפעלה לדיכוי. וכאן הדברים מעניינים. מתברר ש Wnt3 לא רק בתולעים שטוחות ובידרות ובעלי חיים פשוטים אחרים, המחדשים. זה גם אצל יונקים, כולל בני אדם. נראה כי הגן משפיע על התפתחות העוברית, מה שאומר שהבנת תפקודו עשויה לעזור למדענים להבין מה שולט בהתפתחות האנושית המוקדמת. Wnt3 "הוא גם המניע המכריע של סוגים מסוימים של סרטן, אמר גליוט. יכול להיות שזה Sp5 מניפולציה עשויה לעצור את התפשטות סרטן מסוג זה, אמרה.
מחקר רפואי מסוג זה עודנו רחוק בעתיד, אך ראשיהם המשובצים של ההידרה מצביעים על הדרך, אמר גליוט.
"מה שלומדים מאורגניזמים פשוטים כאלה אומרים לנו איזה בדיקה אנו יכולים לעשות אצל יונקים כדי להבין טוב יותר," אמרה. "זה נותן לנו כיוון."
