Naukowcy z Uniwersytetu Harvarda odkryli przełączniki w DNA, które kontrolują geny wykorzystywane w procesie regeneracji całego organizmu.
Niektóre zwierzęta mają niesamowite zdolności regeneracyjne. Chociażby salamandra - jeśli straci nogę, ta jej odrośnie. Gekony w sytuacji zagrożenia potrafią odrzucić swój ogon, by rozproszyć uwagę drapieżnika. Ale ich ogon również odrośnie w ciągu kilku miesięcy. Inne stworzenia, jak choćby płazińce, meduzy czy ukwiały rozwinęły ten proces jeszcze bardziej. Mogą odtworzyć całe ciało i zastąpić praktycznie każdy brakujący typ komórki.
Badania zespołu naukowców z Uniwersytetu Harvarda pod kierunkiem profesor Mansi Srivastavy rzuciły nieco więcej światła na zdumiewające zdolności regeneracyjne niektórych zwierząt. Uczeni odkryli przełączniki DNA, które wydają się kontrolować geny odpowiedzialne za procesy regeneracji całego ciała.
Rezultaty prac zespołu badaczy zostały opublikowane na łamach „Science”.
Naukowcy badając Hofstenia miamia - kilkumilimetrowego robaka - odkryli, że część jego niekodującego DNA kieruje aktywacją „głównego genu kontrolnego” EGR (early growth response). Z kolei aktywowany EGR kontroluje wiele innych procesów, włączając lub wyłączając inne geny.
- Odkryliśmy, że ten jeden gen główny aktywuje geny, które włączają się podczas procesu regeneracji. Zasadniczo dzieje się tak, że regiony niekodujące nakazują regionom kodującym włączenie lub wyłączenie, zatem można uznać, że gen ten jest pewnego rodzaju przełącznikiem – powiedział Andrew Gehrke pracujący w laboratorium Srivastavy.
Aby proces ten zadziałał, DNA w komórkach tych stworzeń, które jest zwykle ciasno zwinięte, musi się zmienić, dzięki czemu nowe obszary będą dostępne do aktywacji.
- Wiele z tych bardzo ciasno upakowanych części genomu faktycznie staje się bardziej otwartych, ponieważ istnieją tam przełączniki regulacyjne, które muszą włączać lub wyłączać geny – wyjaśnił Gehrke. - Tak więc jednym z największych naszych odkryć jest to, że genom jest bardzo dynamiczny i naprawdę zmienia się podczas regeneracji – dodał.
Zanim jednak Gehrke i Srivastava zrozumieli dynamiczną naturę genomu Hofstenia miamia, musieli go najpierw zsekwencjonować, a nie było to proste zadanie. – Samo sekwencjonowania DNA to duża część naszej publikacji. To bardzo ważne, bo do tej pory nie było pełnej sekwencji genomu tego gatunku – przyznała Srivastava.
Badacze zidentyfikowali aż 18 tysięcy regionów genomu, które zmieniają się podczas procesu regeneracji. EGR działa jak włącznik zasilania do tego procesu. Po jego włączeniu mogą wystąpić inne procesy, ale bez niego nic się nie stanie. Naukowcom udało się zmniejszyć aktywność tego genu, co dało efekt taki, że zwierzęta zwyczajnie nie mogły się regenerować.
Podczas gdy badanie ujawnia nowe informacje o tym, jak funkcjonuje sam proces regeneracji, może również pomóc wyjaśnić, dlaczego nie działa u ludzi. - Okazuje się, że EGR, gen główny oraz inne geny włączane i wyłączane w procesie regeneracji są obecne u innych gatunków, w tym także u ludzi – wyjaśnił Gehrke.
- EGR jest podobny do genu, który był już badany u ludzi i innych zwierząt - powiedział Srivastava. - Jeśli ludzkie komórki potraktujesz stresorem, czy to mechanicznym, czy też poprzez umieszczenie na nich toksyny, od razu wyrażą one EGR - dodała.
- Ale pytanie brzmi: jeśli ludzie mogą włączyć EGR i nie tylko go włączyć, ale zrobić to, gdy nasze komórki zostaną uszkodzone, dlaczego nie możemy się zregenerować? Odpowiedź może być taka, że jeśli EGR jest wyłącznikiem zasilania, to nasze „okablowanie” jest inne. To, z czym „rozmawia” EGR w ludzkich komórkach, może być inne niż w komórkach Hofstenia miamia – zaznaczyła Srivastava.
Uczeni będą teraz chcieli dowiedzieć się, jak u Hofstenia miamia wygląda wspomniane „okablowanie”. Gdy to się uda, przyjdzie czas na zastosowanie go u innych zwierząt, w tym kręgowców, u których proces regeneracji jest bardzo ograniczony.
Srivastava i Gehrke mają również nadzieję zbadać, czy przełączniki genetyczne aktywowane podczas procesu regeneracji są takie same, jak te używane podczas rozwoju organizmu. Trzeba dalszych prac nad lepszym zrozumieniem dynamicznej natury genomu. Zespół pracuje również nad zrozumieniem dokładnych sposobów, w jakie EGR i inne geny aktywują proces regeneracji.
Badania te przyczyniają się do lepszego zrozumienia funkcjonowania genomu, zarówno części niekodujących, jak i kodujących. - Tylko około dwóch procent genomu wytwarza rzeczy takie jak białka - powiedział Gehrke. - Chcielibyśmy wiedzieć, co robi pozostałe 98 procent genomu podczas regeneracji całego ciała – dodał.
- Gdy się patrzy na świat przyrody i obserwuje gekona regenerującego części swojego ciała, to naturalnym jest zadania pytania, dlaczego my tego nie możemy. Istnieje wiele gatunków, które mogą się regenerować, choć inne nie mogą, ale okazuje się, że jeśli porównamy genomy wszystkich zwierząt, większość genów, które mamy, znajduje się również u Hofstenia miamia – powiedziała Srivastava. Dodała też, że prawdopodobnie nie chodzi tutaj o obecność konkretnych genów, ale o to, jak są połączone. - Odpowiedź może pochodzić tylko z niekodującej części genomu – dodała Srivastava.
Źródło: Harvard University
