Mořská sasanka ví, jak má vypadat

Některá zvířata, jako například mořská sasanka Nematostella vectensis, dokážou regenerovat velké části svého těla, a to i po vážných zraněních.  Výzkumníci EMBL prokázali, že tato regenerační reakce zahrnuje buňky a molekuly v částech těla daleko od místa zranění a je zaměřena na obnovení původního tvaru živočicha.  Studie vrhá nové světlo na zásadní význam udržování tvaru těla u zvířat a rozšiřuje naše chápání molekulárních drah zapojených do regenerace.

Naše těla se pozoruhodně dobře přizpůsobují měnícímu se prostředí. Například ať už uprostřed letního horka nebo zimního mrazu, naše vnitřní teplota zůstává stabilní na 37 °C díky procesu zvanému homeostáza. Tento skrytý vyrovnávací akt je nezbytný pro přežití a umožňuje zvířatům udržovat stabilní vnitřní podmínky, i když se vnější svět mění. Nedávný výzkum skupiny Ikmi na EMBL Heidelberg však ukazuje, že homeostáza může dělat víc než vnitřní regulaci a aktivně předefinovat tvar organismu.

Regenerace

Sasanka mořská (Nematostella vectensis) má pozoruhodné regenerační schopnosti. Usekněte jí hlavu nebo nohu a jednoduše jí naroste nová. Rozkrojte ji napůl a každý kousek se stane kompletní, plně funkční novou sasankou. Zatímco někteří regenerující živočichové, jako jsou mloci a ryby, se zaměřují na obnovu ztracených částí v poměru k tomu, co zbylo, tato sasanka volí jiný přístup. Přetváří celé své tělo, aby si zachovala stejný celkový tvar, i když to znamená úpravu částí, které nebyly zraněny. Tato vlastnost je pozorována i u ploštěnců a dalších živočichů s regeneračními schopnostmi celého těla.

„Regenerace spočívá v obnovení funkce po ztrátě nebo poškození tkáně,“ vysvětlil Aissam Ikmi, vedoucí skupiny EMBL a hlavní autor nové studie v časopise Developmental Cell. „Většina výzkumných studií se při regeneraci zabývá především vzorci a velikostmi, ale naše zjištění ukazují, že klíčové je také udržování tvaru – a je to něco, co organismus aktivně kontroluje.“

Reakce celého organismu na molekulární úrovni

Objev začal, když si Stephanie Cheung, doktorandka v Ikmiho skupině, všimla něčeho neobvyklého. Když byla sasanka poraněna, Cheung pozorovala nejen dělení buněk v místě rány, ale také neočekávané dělení buněk na opačném konci těla – v oblasti úst. To naznačovalo, že sasanka v reakci na poranění vysílala signály po celém těle.

K prozkoumání tohoto problému výzkumný tým použil techniku zvanou prostorová transkriptomika v kombinaci s pokročilým zobrazováním. To jim umožnilo zjistit, které geny byly aktivní v různých částech těla sasanky během regenerace. Zjištění bylo překvapivé: poranění spustilo molekulární změny jak v blízkosti rány, tak i daleko od ní. Buňky se pohybovaly a tkáně se reorganizovaly, čímž se efektivně přetvořilo celé tělo.

Rozsah přetvoření těla závisel na závažnosti zranění

Ztráta nohy způsobila mírné změny, zatímco rozpůlení sasanky vedlo k významné remodelaci. Tým identifikoval rodinu enzymů zvaných metaloproteinázy, které se s rostoucí ztrátou tkáně stávaly aktivnějšími. Tyto enzymy nepůsobily pouze v místě rány, ale byly aktivní v celém těle a pomáhaly s přeskupováním tkání. „Aktivita metaloproteináz nebyla u takových živočichů nikdy předtím prokázána,“ řekl Petrus Steenbergen, jeden z hlavních autorů studie a vedoucí výzkumný technik skupiny Ikmi. „Musel jsem navrhnout a optimalizovat experimentální podmínky pro Nematostellu na základě řídké literatury dostupné o jiných druzích. To trvalo nějakou dobu, ale konečné výsledky byly velmi uspokojivé.“

Sasanka ví, jak má vypadat

Průlom nastal, když si vědci uvědomili, že všechny tyto změny mají za cíl obnovit původní tvar sasanky. Měřením poměru stran – poměru délky k šířce – zjistili, že se sasanka vrátila k proporcím před zraněním. Takže i když se sasanka po zranění zmenšila, zachovala si stejný tvar. „Mohli jsme být svědky koordinace v celém těle, která tuto přestavbu pohání,“ vysvětlil Ikmi. „Tato proporcionální reakce umožňuje sasance obnovit její tvar. Tedy organismy jako Nematostella reagují na ztrátu tkáně způsobem, který je přizpůsobený vzniklému poškození.“

Ikmi a jeho tým se s nadšením dívají do budoucna na zkoumání nových otázek. „Další velkou otázkou je, proč je udržování tvaru tak důležité,“ řekl Ikmi. „A jak organismus vnímá svůj vlastní tvar? Jak ví, jak aktuálně vypadá?“ S pozoruhodnou sasankou mořskou jako modelem se dychtivě snaží odhalit další tajemství o tom, jak se organismy hojí a udržují rovnováhu.

Tento výzkum byl výsledkem společného úsilí

Tým Rika Korswagena z Hubrechtova institutu v Nizozemsku pomohl implementovat prostorovou transkriptomiku u sasanky. Tým Olivera Stegleho z EMBL Heidelberg a Německého centra pro výzkum rakoviny (DKFZ) přispěl odbornými znalostmi v oblasti bioinformatiky a statistickými metodami potřebnými pro zpracování dat o prostorové genové expresi. „Bylo potěšením společně rozluštit závěry studie spojením odborných znalostí týmu v oblasti analýzy dat a buněčné biologie,“ řekl Tobias Gerber, další z hlavních autorů studie. „Tato práce byla skutečně společným procesem a jsem rád, že jsem byl její součástí.“

Nematostella vectensis

Malá mořská sasanka z čeledi Edwardsiidae žije na východním pobřeží USA, ale najdeme ji i na jihovýchodním pobřeží Anglie a Kanady. Osidluje mělké brakické vody pobřežních lagun. Tělo je obvykle schované v bahně a do vody vystrkuje chapadélka. Považuje se za ohrožený druh. V laboratořích se kultivuje jako modelový organismus.   

Zdroj: Tisková zpráva EMBL