La piccola, immortale idra è un animale d'acqua dolce in grado di rigenerare un animale completamente nuovo solo dal più piccolo frammento del suo corpo. Di solito, lo fa perfettamente: un piede, un lungo corpo magro e una testa tentacolata.
Ma con un singolo ritocco genetico, i ricercatori possono creare idre mostruose che spuntano teste completamente funzionali su tutto il loro corpo - appropriate per un animale chiamato per un antico mostro greco che aveva tra le sei e le nove teste.
Queste idre a molte teste non sono solo un trucco della scienza pazza. Per la prima volta, i ricercatori hanno capito cosa tiene sotto controllo la rigenerazione della testa dell'idra. I risultati potrebbero informare di tutto, dagli studi sullo sviluppo umano alla ricerca sul cancro.
La caccia a un interruttore off
Sebbene gli hydra siano animali semplici, la ricrescita delle parti del corpo non è un risultato secondario. Ad ogni rigenerazione, l'animale deve organizzare il suo piano corporeo in modo che solo una testa finisca in cima e solo un piede, o disco basale, germogli sul fondo. I ricercatori hanno avuto alcuni dei pezzi di questo puzzle. Conoscevano il gene Wnt3 è fondamentale per stimolare la crescita della testa. Sapevano anche che doveva esserci un controllo molecolare Wnt3. Senza quella inibizione, l'idra sarebbe cresciuta di testa in tutto. Sapevano anche che un particolare recettore e attivatore genetico, chiamato beta-catenina / TCF, erano attivati da Wnt3 per avviare il processo di crescita della testa.
Ma mancava l'interruttore "off". Qualcosa, sapevano, doveva impedire all'idra di crescere testa dopo testa, ha detto Brigitte Galliot, professore di genetica ed evoluzione all'Università di Ginevra.
Così Galliot e i suoi colleghi andarono a caccia. Hanno iniziato con un parente stretto di idra, planari o vermi piatti, che si rigenerano anche. Nel genoma planare, hanno trovato 440 geni che diventano meno attivi quando i segnali beta-catenina / TCF sono stati bloccati, dando loro un punto di partenza per la ricerca di altri geni coinvolti in questo ciclo. Di questi, 124 esistevano anche nel genoma dell'idra.
Di questi, hanno trovato solo cinque geni più attivi nella parte superiore del corpo tubolare dell'idra e meno attivi ai suoi piedi, il che significa che dovevano essere specifici per la crescita della testa. Tra questi cinque, hanno cercato geni che sono diventati sempre più attivi durante la rigenerazione. Ne restarono tre: Wnt3, Wnt5 e un gene chiamato SP5.
Un attento equilibrio
Il team lo sapeva già Wnt3 e Wnt5 ha avviato il processo di crescita della testa. Quindi si sono concentrati su SP5. Hanno presto scoperto che beta-catenina / TCF richiede l'attività di SP5 - ma SP5 riduce anche i segnali beta-catenina / TCF reprimendo Wnt3.
Questo potrebbe sembrare un po 'strano, ma era proprio quello che i ricercatori stavano cercando: un composto che potesse frenare un circuito di feedback altrimenti instabile. Per controllare il loro lavoro, sono cresciuti idra progettati per non esprimere il SP5 gene.
"In 100 di questi animali ottieni teste ectopiche", ha detto Galliot a Live Science. "Il che è davvero sorprendente."
Quello che succede, Galliot e i suoi colleghi hanno riferito oggi (19 gennaio) sulla rivista Nature Communications, è che quando un'idra ha bisogno di un nuovo capo, rilascia Wnt3, che si aggrappa alla beta-catenina / TCF, che attiva un sacco di geni, incluso altro Wnt3 e SP5. Senza SP5, il Wnt3 continua il ciclo e tonnellate di teste spuntano su tutta l'idra rigenerante. Queste teste, diceva Galliot, sono totalmente funzionali. Hanno un sistema nervoso e tentacoli e una bocca funzionante.
quando SP5 è nella foto, come è nella natura, a cui si lega Wnt3, impedendo a quell'attivatore di trovare e legarsi alla beta-catenina / TCF. In assenza di Wnt3, beta-catenina / TCF smette di inviare "fai la testa!" messaggi e cresce solo una testa.
Il processo, ha detto Galliot, riguarda tutto l'equilibrio tra attivazione e repressione. Ed è qui che le cose diventano interessanti. Si scopre che Wnt3 non è solo nei vermi piatti e nelle idre e in altri animali semplici e rigeneranti. È anche nei mammiferi, compresi gli umani. Il gene sembra influenzare lo sviluppo embrionale, il che significa che comprendere la sua funzione potrebbe aiutare gli scienziati a capire cosa controlla lo sviluppo umano precoce. Wnt3 è anche un fattore determinante per alcuni tipi di cancro, ha detto Galliot. Potrebbe essere quello SP5 la manipolazione potrebbe fermare la proliferazione di tali tumori, ha detto.
Questo tipo di ricerca medica è ancora lontana in futuro, ma le teste tempestate di tentacoli dell'idra indicano la strada, ha detto Galliot.
"Quello che apprendiamo da organismi semplici come questo ci dice che tipo di test possiamo fare sui mammiferi per capire meglio", ha detto. "Ci dà una direzione."
