Fra sårheling til regenerering

Fænomenet regenerering blev opdaget for over 200 år siden i ferskvandspolyppen Hydra. Indtil nu var det dog stort set uklart, hvordan den velordnede regenerering af tabte væv eller organer aktiveres efter skade. I sine undersøgelser af Hydra var et tværfagligt forskerhold ved Heidelberg Universitet i stand til at vise, hvordan sårhelingssignaler frigivet ved skade omdannes til specifikke signaler om mønsterdannelse og celledifferentiering. Væsentlige komponenter er de mitogenaktiverede proteinkinaser (MAPK) og Wnt-signalvejen - molekylære mekanismer, der er forblevet relativt uændrede gennem evolutionen.

Evnen til at regenerere varierer meget hos dyr. De fleste pattedyr og hvirveldyr har kun begrænset regenereringskapacitet, mens basale og simple dyr, der dukkede op tidligt i evolutionen, som cnidarians og planarians, kan regenerere hele deres krop. I alle tilfælde begynder regenereringsprocessen med sårheling. Cellerne på skadestedet formerer sig og danner en udifferentieret masse - et blastema - hvorfra de manglende strukturer mønstres igen. Dette aktiverer genetiske processer, der også styrer embryonal udvikling. For at bestemme de involverede molekylære mekanismer studerede forskerholdet ledet af prof. Dr. Thomas W. Holstein ferskvandspolyppen Hydra for at forstå de grundlæggende træk ved denne aktivering af regenerering.

Kernen i deres undersøgelser er Anja Turschs doktorafhandling. Hun gentog Genève-naturforskeren Abraham Trembleys (1710 til 1784) nøgleeksperiment, som fik ham til at opdage regenereringsfænomenet. Hydra-polyppen er halveret, hvilket får den øverste halvdel til at regenerere et nyt "hoved" og den nederste halvdel en ny "fod" - derfor kan helt forskellige kropsdele vokse fra nøjagtig det samme væv ved snitfladen i midten. Med udgangspunkt i deres tidligere arbejde med Hydra-regenerering har forskerne ved Center for Organismal Studies (COS) ved Heidelberg Universitet nu vist, hvordan dette er muligt.

Uanset hvor den opstår, udløser enhver skade uspecifikke signaler for en skadesreaktion, dvs. sårheling, via calciumioner og produktion af reaktive oxygenarter. Signalerne transmitteres intracellulært af tre mitogenaktiverede proteinkinaser - p38, JNK'er og ERK. Aktivering af disse tre molekyler er påkrævet for både hoved- og fodregenerering. Derefter aktiveres Wnt-signalveje, som er vigtige under embryonal udvikling for dannelsen af ​​rudimentære organer og kropsaksen. De generiske signaler om sårheling overføres således til positionsspecifikke signaler om mønsterdannelse og celledifferentiering til regenerering.

"Vores eksperimenter viser, at Wnt-signalvejen er en hovedkomponent i den oprindelige generelle skadesreaktion og, afhængigt af signalstyrken, leder vævet mod hoved- eller fodudvikling," forklarer prof. Holstein. Det er derfor, i tilfælde af MAPK-hæmning, kan den ellers fraværende regenerering induceres af kunstigt genererede, rekombinante Wnt-proteiner. "Det var også overraskende, at i mellemkropsdele, hvor både hoved og fod er fjernet, kan hoveder fremkaldes i begge ender på denne måde," tilføjer Dr. Suat Özbek, medlem af prof. Holsteins forskningsgruppe "Molecular Evolution and Genomics". på COS.

Wnt/β-catenin, et stykke af Wnt-signalvejen, var allerede kendt for at kode positionsinformation til ny hovedstrukturdannelse. I samarbejde med matematikere ledet af prof. dr. Anna Marciniak-Czochra, udviklede forskerholdet af prof. Holstein og dr. Wnt-signalvejen. "Fordi MAPK'er og Wnt'er er meget evolutionært konserverede, er denne mekanisme sandsynligvis dybt indlejret i vores genom, hvilket også er vigtigt for regenerative processer i hvirveldyr og pattedyr," siger Thomas Holstein.

Forskningen blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences . + Udforsk yderligere

Når equinox-genet vises, går reparationen over i genvækst