Beberapa hewan mampu melakukan hal-hal menakjubkan ketika datang ke regenerasi. Jika Anda memotong kaki salamander, ia akan tumbuh lagi. Merasa terancam, tokek menjatuhkan ekornya untuk mengalihkan perhatian pemangsa, dan kemudian menumbuhkannya lagi.
Pada hewan lain, proses regenerasi berjalan lebih jauh. Planaria, ubur-ubur dan anemon laut dapat memperbaiki tubuh mereka dengan dipotong-potong.
Sekelompok ilmuwan yang dipimpin oleh Mansi Srivastava, seorang profesor di Departemen Biologi Evolusi di Universitas Harvard, menjelaskan bagaimana hewan melakukannya, dan di sepanjang jalan, mempelajari serangkaian saklar DNA yang tampaknya mengendalikan gen untuk regenerasi tubuh lengkap.
Menggunakan turbellarium usus
Hofstenia miamia , Srivastava dan Andrew Gerke, sebuah postdoc yang bekerja di laboratoriumnya, mereka menemukan sepotong DNA yang tidak mengkode yang mengontrol aktivasi gen master respons pertumbuhan awal (EGR). Menjadi aktif, EGR mengendalikan banyak proses, "menghidupkan" dan "mematikan" gen lain.
"Kami menemukan," kata Gercke, "bahwa gen master ini mengaktifkan gen yang 'dihidupkan' selama regenerasi." Ternyata daerah non-pengkodean DNA "memerintahkan" wilayah pengkodean untuk menghidupkan atau mematikan, dan dengan demikian, akan tepat untuk menyebutnya "switch". "
Agar proses ini berhasil, DNA dalam sel
miamia Hofstenia , yang biasanya terlipat rapat dan rapat, harus mengubah strukturnya, membuat situs baru tersedia untuk aktivasi.
Menurut Gercke, banyak dari bagian genom yang sangat padat ini, karena adanya sakelar pengatur yang menghidupkan atau mematikan gen, menjadi lebih terbuka secara fisik. Seperti yang ditunjukkan dalam publikasi, genomnya sangat dinamis dan berubah selama regenerasi, karena bagian yang berbeda terbuka dan tertutup.
Untuk memahami sifat dinamis dari genom
miamia Hofstenia , Gerka dan Srivastava harus mengurutkannya terlebih dahulu, yang dengan sendirinya tidak mudah.
“Sebagian besar pekerjaan didedikasikan untuk ini,” kata Srivastava. - Kami telah mendekodekan genom spesies ini, dan ini penting, karena ini adalah genom pertama yang diterjemahkan oleh organisme jenis ini. Sampai sekarang, tidak ada urutan lengkap genom. "
Dia juga menunjukkan bahwa turbellaria usus
Hofstenia miamia adalah model baru untuk mempelajari regenerasi.
"Pekerjaan sebelumnya yang melibatkan spesies lain membantu kami belajar banyak tentang regenerasi," kata Srivastava, "tetapi ada alasan untuk bekerja dengan organisme baru ini." Salah satunya adalah bahwa
Hofstenia miamia menempati posisi filogenetik yang penting. Cara mereka berhubungan dengan hewan lain memungkinkan para ilmuwan untuk membuat serangkaian pernyataan tentang evolusi. Alasan kedua untuk tertarik pada Hofstenia miamia, kata Srivastava, adalah bahwa mereka bagus untuk tikus laboratorium. "Saya mengumpulkannya beberapa tahun lalu selama studi pasca-doktoral saya di Bermuda di lapangan, dan karena kami membawanya ke laboratorium, mereka terbukti jauh lebih cocok untuk bekerja daripada organisme lain."
Bekerja dengan
Hofstenia miamia , para ilmuwan dapat menunjukkan sifat dinamis dari genom selama regenerasi - Gerka mampu mendeteksi 18.000 wilayah genom yang mengalami perubahan. Menurut Srivastav, dalam perjalanan pekerjaan ini mereka memperoleh hasil yang benar-benar signifikan. Dia menunjukkan bahwa EGR bertindak sebagai "saklar" untuk regenerasi - ketika "dinyalakan", proses lain dimulai, tetapi tidak ada yang terjadi tanpa itu.
“Kami dapat mengurangi aktivitas gen ini dan menemukan bahwa jika Anda tidak memiliki EGR, tidak ada yang terjadi. Hewan tidak bisa beregenerasi. Semua gen hilir tidak dinyalakan, karena ini, "sakelar" lain tidak berfungsi dan, secara kiasan, seluruh rumah terperosok ke dalam kegelapan. "
Dengan menemukan data baru tentang bagaimana proses itu bekerja pada cacing, pekerjaan juga membantu untuk memahami mengapa itu tidak bekerja pada manusia. "Tampaknya gen master EGR dan gen hilir yang" dihidupkan dan dimatikan "juga ada pada spesies lain, termasuk manusia," kata Gercke.
“Kami punya alasan untuk menamai gen ini
Hofstenia miamia - EGR. Ketika Anda melihat urutannya, itu terlihat sama dengan gen yang sebelumnya dipelajari pada manusia dan hewan lain, kata Srivastava. "Jika Anda menempatkan sel manusia dalam cawan petri dan menekankannya, tidak peduli mekanis atau beracun, mereka akan mulai mengekspresikan EGR."
Pertanyaannya, menurut Srivastav, adalah: "Jika kita manusia dapat" menghidupkan "EGR, dan tidak hanya" menghidupkan ", tetapi" menghidupkan "tepat ketika sel kita rusak, mengapa kita tidak beregenerasi?" Satu jawaban yang mungkin: jika EGR adalah "saklar", maka "kabel" mungkin sesuatu yang lain. Apa EGR "mengikat" di dalam sel manusia mungkin berbeda dari apa yang "mengikat" ke dalam
Hofstenia miamia . Berkat karya Andrew Gercke, sebuah cara ditemukan untuk sampai ke "kabel" ini. Para ilmuwan ingin mengetahui apa hubungan ini, dan kemudian menerapkannya pada hewan lain, termasuk vertebrata dengan regenerasi terbatas mereka.
Di masa depan, Srivastava dan Gerke berharap untuk mengetahui apakah “saklar” genetik yang diaktifkan selama regenerasi sama dengan yang bekerja selama pertumbuhan dan perkembangan. Para ilmuwan juga berencana untuk terus bekerja pada pemahaman yang lebih baik tentang sifat dinamis genom.
"Sekarang kita tahu bahwa" sakelar "ini diperlukan untuk tujuan regenerasi, kita melihat" sakelar "mana yang terlibat dalam proses pengembangan, dan apakah itu sama, kata Srivastava. "Apakah ini mekanisme yang sama yang bekerja dalam proses pengembangan, atau yang lain?"
Kelompok ini juga bekerja untuk memahami cara yang tepat di mana EGR dan gen lain mengaktifkan proses regenerasi di
Hofstenia miamia dan spesies lainnya. Menurut para ilmuwan, studi ini penting untuk memahami tidak hanya situs khusus ini, tetapi seluruh genom secara keseluruhan - baik yang non-coding dan coding bagian DNA.
"Hanya 2% dari genom yang dibuat oleh protein," kata Gercke. - Kami ingin tahu apa yang dilakukan 98% genom lainnya selama regenerasi total tubuh? Diketahui bahwa di area non-coding DNA banyak perubahan terjadi yang memicu penyakit ... tetapi pentingnya non-coding DNA dalam proses seperti regenerasi total diremehkan. "
“Aku pikir ini hanya puncak gunung es. Kami mempelajari beberapa "switch", tetapi ada pertanyaan lain tentang bagaimana genom berperilaku dalam skala yang lebih luas, tidak hanya bagaimana potongannya "terbuka" dan "tutup". Semua ini penting dalam proses gen "menghidupkan" dan "mematikan", saya percaya ada beberapa tingkat regulasi di sini. "
"Ketika Anda melihat dunia alami, muncul pertanyaan alami: jika tokek dapat melakukan ini, mengapa saya tidak bisa? - kata Srivastava. - Ada banyak spesies yang dapat beregenerasi, dan yang lain tidak bisa, tetapi jika kita membandingkan genom semua hewan - sebagian besar gen yang kita miliki ada di
Hofstenia miamia . Kami percaya bahwa kemungkinan jawaban untuk pertanyaan ini tidak akan terkait dengan apakah kami telah menemukan gen tertentu, tetapi dengan bagaimana mereka terkait satu sama lain, dan Anda bisa mendapatkan jawabannya hanya dengan menguraikan bagian dari genom. "
Diterjemahkan oleh Irina Abramidze , Relawan SENS