Einige Tiere sind in der Lage, erstaunliche Dinge zu tun, wenn es um Regeneration geht. Wenn Sie die Pfote des Salamanders abschneiden, wächst sie wieder. Die Geckos fühlen sich bedroht und lassen ihre Schwänze fallen, um das Raubtier abzulenken. Später wachsen sie wieder.
Bei anderen Tieren geht der Regenerationsprozess noch weiter. Planarien, Quallen und Seeanemonen können ihren Körper reparieren, indem sie in Stücke geschnitten werden.
Eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Mansi Srivastava, Professor am Department of Evolutionary Biology der Harvard University, beleuchtet, wie Tiere dies tun, und untersucht dabei eine Reihe von DNA-Schaltern, die die Gene für eine vollständige Körperregeneration zu steuern scheinen.
Unter Verwendung der
Darmturbellarien von
Hofstenia miamia , Srivastava und Andrew Gerke, einem Postdoc, der in ihrem Labor arbeitete, fanden sie ein Stück nicht-kodierender DNA, das die Aktivierung des Master-Gens der frühen Wachstumsantwort (EGR) steuert. Da die AGR aktiv ist, steuert sie viele Prozesse und schaltet andere Gene ein und aus.
"Wir haben festgestellt", sagt Gercke, "dass dieses Master-Gen Gene aktiviert, die während der Regeneration" eingeschaltet "werden." Es stellt sich heraus, dass nicht-kodierende Regionen der DNA die kodierenden Regionen zum Ein- oder Ausschalten "anordnen", und daher wäre es richtig, sie "Schalter" zu nennen.
Damit dieser Prozess funktioniert, muss die DNA in
Hofstenia miamia- Zellen, die normalerweise kompakt und fest gefaltet ist, ihre Struktur ändern und neue Stellen für die Aktivierung verfügbar machen.
Laut Gercke werden viele dieser sehr dicht gepackten Abschnitte des Genoms aufgrund des Vorhandenseins von regulatorischen Schaltern, die Gene ein- oder ausschalten, physikalisch offener. Wie in der Veröffentlichung angegeben, ist das Genom sehr dynamisch und verändert sich während der Regeneration, da sich verschiedene Teile davon öffnen und schließen.
Um die Dynamik des
Hofstenia miamia- Genoms zu verstehen, mussten Gerka und Srivastava es zuerst sequenzieren, was an sich nicht einfach ist.
„Ein wesentlicher Teil der Arbeit ist diesem Thema gewidmet“, sagt Srivastava. - Wir haben das Genom dieser Art entschlüsselt, und dies ist wichtig, da es das erste Genom ist, das von dieser Art von Organismen entschlüsselt wird. Bisher gab es keine vollständige Sequenz des Genoms. “
Sie wies auch darauf hin, dass die
Darmturbellaria von Hofstenia miamia ein neues Modell für die Untersuchung der Regeneration ist.
"Frühere Arbeiten mit anderen Arten haben uns geholfen, viel über Regeneration zu lernen", sagt Srivastava, "aber es gibt Gründe, mit diesen neuen Organismen zu arbeiten." Eine davon ist, dass
Hofstenia miamia eine wichtige phylogenetische Position einnimmt. Die Art und Weise, wie sie sich auf andere Tiere beziehen, ermöglicht es Wissenschaftlern, eine Reihe von Aussagen zur Evolution zu treffen. Der zweite Grund für das Interesse an Hofstenia miamia, sagt Srivastava, ist, dass sie sich hervorragend für Laborratten eignen. „Ich habe sie vor einigen Jahren während meines Postdoktorats auf Bermuda gesammelt und seit wir sie ins Labor gebracht haben, haben sie sich als weitaus besser für die Arbeit geeignet erwiesen als andere Organismen.“
In Zusammenarbeit mit
Hofstenia miamia konnten Wissenschaftler die Dynamik des Genoms während der Regeneration demonstrieren - Gerka konnte 18.000
Genomregionen nachweisen , die sich verändert hatten. Laut Srivastav haben sie im Verlauf dieser Arbeit wirklich bedeutende Ergebnisse erzielt. Sie zeigte, dass die AGR als „Schalter“ für die Regeneration fungiert - wenn sie „eingeschaltet“ ist, werden andere Prozesse gestartet, aber ohne sie geschieht nichts.
„Wir konnten die Aktivität dieses Gens reduzieren und stellten fest, dass nichts passiert, wenn Sie keine AGR haben. Tiere können sich einfach nicht regenerieren. Alle nachgeschalteten Gene sind nicht eingeschaltet, deshalb funktionieren andere „Schalter“ nicht und im übertragenen Sinne ist das ganze Haus in Dunkelheit getaucht. “
Durch die Entdeckung neuer Daten darüber, wie der Prozess bei Würmern funktioniert, hilft die Arbeit auch zu verstehen, warum er beim Menschen nicht funktioniert. "Es scheint, dass das EGR-Master-Gen und die nachgeschalteten Gene, die es" ein- und ausschaltet ", auch bei anderen Arten vorhanden sind, einschließlich beim Menschen", sagt Gercke.
„Wir hatten einen Grund, dieses Gen
Hofstenia miamia - EGR zu nennen. Wenn man sich die Sequenz ansieht, sieht sie genauso aus wie die eines Gens, das zuvor an Menschen und anderen Tieren untersucht wurde, sagt Srivastava. "Wenn Sie menschliche Zellen in eine Petrischale geben und sie belasten, egal ob mechanisch oder toxisch, beginnen sie, AGR zu exprimieren."
Laut Srivastav lautet die Frage: "Wenn wir Menschen in der Lage sind, die AGR" einzuschalten "und nicht nur" einzuschalten ", sondern genau dann" einzuschalten ", wenn unsere Zellen beschädigt sind, warum regenerieren wir uns dann nicht?" Eine mögliche Antwort: Wenn AGR ein „Schalter“ ist, kann „Verkabelung“ etwas anderes sein. Was EGR in menschlichen Zellen „bindet“, kann sich von dem unterscheiden, woran es in
Hofstenia miamia „bindet“. Dank der Arbeit von Andrew Gercke wurde ein Weg gefunden, um zu dieser „Verkabelung“ zu gelangen. Wissenschaftler möchten herausfinden, was diese Verbindungen sind, und sie dann auf andere Tiere anwenden, einschließlich Wirbeltiere mit ihrer begrenzten Regeneration.
Srivastava und Gerke hoffen, in Zukunft herauszufinden, ob die genetischen „Schalter“, die während der Regeneration aktiviert werden, dieselben sind, die während des Wachstums und der Entwicklung funktionieren. Wissenschaftler planen auch, weiter daran zu arbeiten, die Dynamik des Genoms besser zu verstehen.
„Jetzt wissen wir, dass diese„ Schalter “für Regenerationszwecke benötigt werden. Wir untersuchen, welche„ Schalter “am Entwicklungsprozess beteiligt sind und ob sie gleich sind, sagt Srivastava. "Sind dies die gleichen Mechanismen, die im Entwicklungsprozess funktionieren, oder andere?"
Die Gruppe arbeitet auch daran, die genauen Wege zu verstehen, auf denen EGR und andere Gene den Regenerationsprozess sowohl bei
Hofstenia miamia als auch bei anderen Arten aktivieren. Laut Wissenschaftlern ist diese Studie wichtig, um nicht nur diese bestimmte Stelle, sondern das gesamte Genom als Ganzes zu verstehen - sowohl nicht-kodierende als auch kodierende Teile der DNA.
„Nur 2% des Genoms werden aus Proteinen hergestellt“, sagt Gercke. - Wir wollen wissen, was die anderen 98% des Genoms während der vollständigen Regeneration des Körpers tun? Es ist bekannt, dass in den Bereichen nichtkodierender DNA viele Veränderungen auftreten, die Krankheiten hervorrufen ... aber die Bedeutung nichtkodierender DNA bei Prozessen wie der vollständigen Regeneration wird unterschätzt. "
„Ich denke, das ist nur die Spitze des Eisbergs. Wir haben einige der „Schalter“ untersucht, aber es gibt andere Fragen dazu, wie sich das Genom in größerem Maßstab verhält, nicht nur, wie sich seine Teile „öffnen“ und „schließen“. All dies ist wichtig für den Prozess des „Ein- und Ausschaltens“ von Genen. Ich glaube, dass es hier mehrere Regulierungsebenen gibt. “
„Wenn man die natürliche Welt betrachtet, stellt sich die natürliche Frage: Wenn der Gecko das kann, warum kann ich das nicht? - sagt Srivastava. - Es gibt viele Arten, die sich regenerieren können, und andere, die dies nicht können. Wenn wir jedoch die Genome aller Tiere vergleichen, befinden sich die meisten Gene in
Hofstenia miamia . Wir glauben, dass die wahrscheinliche Antwort auf diese Frage nicht damit zusammenhängt, ob wir bestimmte Gene gefunden haben, sondern wie sie miteinander zusammenhängen, und Sie können die Antwort nur erhalten, indem Sie das Genom entschlüsseln. “
Übersetzt von Irina Abramidze , SENS Volunteers