Почему у Гидры только одна голова?
Часто считающаяся бессмертной, пресноводная Гидра может регенерировать любую часть своего тела, черта, обнаруженная женевским натуралистом Абрахамом Трембли почти 300 лет назад. Любой фрагмент его тела, содержащий несколько тысяч клеток, может регенерировать все животное. Один сантиметровый полип имеет организующий центр развития, расположенный на уровне головы, а другой — в стопе. Органайзер головы выполняет два противоположных действия: активация, которая заставляет голову дифференцироваться, и блокировка, которая предотвращает образование нештатных голов.
Исследователи из Женевского университета (UNIGE), Швейцария, обнаружили идентичность ингибитора, белка под названием Sp5, и расшифровали диалог между этими двумя антагонистическими действиями, которые поддерживают одноголовое тело взрослого человека и организуют соответствующий регенеративный ответ. Опубликованные в журнале Nature Communications их исследования сообщают, что этот механизм сохранялся на протяжении всей эволюции, как в гидре, так и в организме человека. Следовательно, Sp5 может быть отличным кандидатом в качестве ингибитора опухолей человека, в которых путь активатора является двигателем пролиферации.
«Регенерация головы зависит от превращения пня в ткань, называемую головным организационным центром, которая обладает свойствами развития и, как архитектор, руководит строительством будущего руководителя», — объясняет Бриджит Галлио, профессор кафедры Генетика и эволюция научного факультета UNIGE.
Главный организатор выполняет два противоположных действия: одно активирующее, а другое запрещающее. Первый индуцирует дифференцировку стволовых клеток в специализированные клетки головы. Активатор — это фактор роста, называемый Wnt3, действие которого позволяет запустить программу трехмерной дифференцировки клеток, которая направляет построение головы. Таким образом, в отсутствие Wnt3 программа регенерации головки не может продолжаться. Ингибирующая активность, производимая под контролем активаторной активности, предотвращает образование нештатных головок. «Эти два антагонистических действия устанавливают диалог между ними, но мы не знали ни личности ингибитора, ни природы этого диалога», — говорит биолог.
Используя результаты исследования, проведенного немецкой командой по изучению плоского червя, биологи разработали стратегию генного скрининга для идентификации этого ингибитора. «Мы начали с 124 кандидатов, которые соответствовали определенным критериям, чтобы выделить уникального победителя, который отвечал всем им. Это ген, который кодирует белок под названием Sp5», — говорит Матиас Вогг, исследователь из Отдела генетики и эволюции UNIGE. Научный факультет и первый автор исследования. Затем ученые продемонстрировали, что Sp5 связывается с регуляторной областью гена, который кодирует Wnt3, блокирует его экспрессию и, следовательно, формирование головы.
Как работает диалог между путём активатора и ингибитором? «Мы количественно оценили экспрессию генов, кодирующих Wnt3 и Sp5, в разных частях тела интактной или ампутированной гидры и обнаружили, что регуляторная петля между двумя активностями устанавливается в соответствии с расположением и количеством каждого экспрессируемого гена», — отмечает Бриджит Галлиот. Таким образом, у интактных животных фактор роста Wnt3 будет в основном присутствовать на кончике головы , тогда как Sp5 будет в первую очередь активен в окружающей области, чтобы предотвратить появление других голов.
Когда исследователи блокируют экспрессию Sp5, полипы Hydra, неповрежденные или регенерирующие, развивают множество головок, и все они прекрасно функционируют. «Мы также повторили эти результаты для полипов Hydra, чьи клетки были полностью отделены друг от друга, а затем повторно сгруппированы и оставлены в культуре — многоголовая Hydra полностью реформировалась за четыре-пять дней», — объясняет Матиас Вогг.
У людей клеточный сигнальный путь, активируемый Wnt3, в основном активен во время эмбрионального развития, а также при различных типах опухолей у взрослых. Если ингибирующий эффект Sp5 подтверждается у нашего вида, этот белок мог бы стать кандидатом на лечение раковых клеток, которые используют путь Wnt3 для пролиферации.
