Пресноводная гидра способна регенерировать любую часть своего тела, чтобы восстановить целостную особь. Малый полип имеет центр организатора развития, расположенный на уровне головы, и еще один, расположенный на уровне стопы. Головной организатор выполняет две противоположные деятельности: одну активирующую, вызывающую дифференцировку головы, и другую тормозящую, препятствующую образованию лишних головок. Исследователи из Женевского университета (UNIGE), Швейцария, открыли сущность ингибитора, белка под названием Sp5, и расшифровали диалог между этими двумя антагонистическими активностями, который помогает поддерживать одноголовое взрослое тело и организовывать соответствующую регенеративную реакцию.. Их исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, указывает на то, что этот механизм сохранялся на протяжении всей эволюции, как у Гидры, так и у людей. Таким образом, Sp5 может быть отличным кандидатом для тестирования в качестве ингибитора опухолей человека, в которых путь активации является двигателем пролиферации.
Часто считающаяся бессмертной, пресноводная гидра обладает потрясающей регенеративной силой, обнаруженной женевским натуралистом Абрахамом Трембли почти 300 лет назад. Любой фрагмент тела с несколькими тысячами клеток может регенерировать целое животное размером около одного сантиметра. «Регенерация головы опирается на превращение культи в ткань, называемую организующим центром головы, которая обладает свойствами развития и, подобно архитектору, направляет строительство будущей головы», - объясняет Брижит Галлио, профессор кафедры генетики. и Эволюция факультета естественных наук UNIGE.
Как формируется диалог между Инь и Ян
Главный организатор выполняет два противоположных действия, одно активирующее, а другое тормозящее. Первый индуцирует дифференцировку стволовых клеток в специализированные головные клетки. Активатором является фактор роста под названием Wnt3, действие которого позволяет инициировать программу трехмерной клеточной дифференцировки, обеспечивающую построение головы. Таким образом, в отсутствие Wnt3 программа регенерации головки не может продолжаться. Ингибирующая активность, вырабатываемая под контролем активности активатора, предотвращает образование избыточных головок. «Эти два антагонистических действия устанавливают между собой диалог, но мы не знали ни личности ингибитора, ни характера этого диалога», - говорит биолог.
Используя результаты исследования плоского червя, проведенного немецкой группой, биологи разработали стратегию скрининга генов для выявления этого ингибитора. «Мы начали со 124 кандидатов, которые соответствовали определенным критериям, чтобы выделить уникального победителя, который соответствовал всем им. Это ген, который кодирует белок под названием Sp5», - говорит Матиас Вогг, научный сотрудник отдела генетики и эволюции факультета естественных наук UNIGE и первый автор исследования. Затем ученые продемонстрировали, что Sp5 связывается с регуляторной областью ген, кодирующий Wnt3, блокирует его экспрессию и, таким образом, формирование головки.
Семь голов пресноводной гидры
Как работает диалог между активатором 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 видами активности устанавливается в соответствии с расположением и количеством каждого экспрессируемого гена», - отмечает Бриджит Галлио. Таким образом, у интактных животных фактор роста Wnt3 будет в основном присутствовать на кончике головы, тогда как Sp5 будет преимущественно активен в окружающей области, чтобы предотвратить появление других голов.
Когда исследователи блокируют экспрессию Sp5, полипы Hydra, неповрежденные или регенерирующие, образуют несколько головок, все они прекрасно функционируют, их щупальца захватывают пищу и ведут ее ко рту. «Мы также воспроизвели эти результаты для полипов гидры, клетки которых были полностью отделены друг от друга, затем реагрегированы и оставлены в культуре: многоголовая гидра полностью переформировалась за четыре-пять дней», - объясняет Матиас Вогг.
У человека клеточный сигнальный путь, активируемый Wnt3, в основном активен во время эмбрионального развития, а также при различных типах опухолей у взрослых. Если ингибирующий эффект Sp5 подтвердится у нашего вида, этот белок может стать кандидатом на лечение раковых клеток, которые используют путь Wnt3 для пролиферации.