La pequeña e inmortal hidra es un animal de agua dulce que puede regenerar un animal completamente nuevo a partir de la astilla más pequeña de su cuerpo. Por lo general, hace esto perfectamente: un pie, un cuerpo largo y delgado y una cabeza con tentáculos.
Pero con un solo ajuste genético, los investigadores pueden crear monstruosas hidras que brotan cabezas completamente funcionales por todo el cuerpo, apropiadas para un animal llamado así por un antiguo monstruo griego que tenía entre seis y nueve cabezas.
Estas hidras de muchas cabezas no son solo un truco de la ciencia loca. Por primera vez, los investigadores han descubierto qué mantiene controlada la regeneración de la cabeza de la hidra. Los hallazgos podrían informar todo, desde los estudios de desarrollo humano hasta la investigación del cáncer.
La búsqueda de un interruptor de apagado
Aunque las hidras son animales simples, la regeneración de partes del cuerpo no es un logro menor. Con cada regeneración, el animal tiene que organizar su plan corporal para que solo una cabeza termine en la parte superior, y solo un pie, o disco basal, brote en la parte inferior. Los investigadores tenían algunas de las piezas de este rompecabezas. Ellos sabían el gen Wnt3 Es crucial para impulsar el crecimiento de la cabeza. También sabían que debía haber algún control molecular sobre Wnt3. Sin esa inhibición, a la hidra le crecerían cabezas por todas partes. También sabían que un receptor particular y un activador genético, llamado beta-catenina / TCF, fueron activados por Wnt3 para comenzar el proceso de crecimiento de la cabeza.
Pero les faltaba el interruptor de "apagado". Sabían que algo tenía que evitar que la hidra creciera cabeza tras cabeza, dijo Brigitte Galliot, profesora de genética y evolución en la Universidad de Ginebra.
Entonces Galliot y sus colegas fueron a cazar. Comenzaron con un pariente cercano de hidras, planarias o lombrices, que también se regeneran. En el genoma planario, encontraron 440 genes que se vuelven menos activos cuando se bloquean las señales de beta-catenina / TCF, lo que les da un punto de partida para la búsqueda de otros genes involucrados en este ciclo. De ellos, 124 también existían en el genoma de la hidra.
De ellos, encontraron solo cinco genes que son más activos en la parte superior del cuerpo tubular de la hidra y menos activos en su pie, lo que significa que tenían que ser específicos para el crecimiento de la cabeza. Entre esos cinco, buscaron genes que se volvieron cada vez más activos durante la regeneración. Eso dejó tres: Wnt3, Wnt5 y un gen llamado Sp5.
Un cuidadoso equilibrio
El equipo ya lo sabía. Wnt3 y Wnt5 puso en marcha el proceso de crecimiento de la cabeza. Entonces se enfocaron en Sp5. Pronto descubrieron que la beta-catenina / TCF provoca la actividad de Sp5 - pero Sp5 también reduce las señales de beta-catenina / TCF reprimiendo Wnt3.
Esto puede sonar un poco extraño, pero era justo lo que buscaban los investigadores: un compuesto que podría frenar un circuito de retroalimentación que de otra manera sería fugitivo. Para verificar su trabajo, crecieron hidras diseñadas para no expresar el Sp5 gene.
"En 100 de estos animales se obtienen cabezas ectópicas", dijo Galliot a Live Science. "Lo cual es realmente asombroso".
Lo que sucede, Galliot y sus colegas informaron hoy (19 de enero) en la revista Nature Communications, es que cuando una hidra necesita una nueva cabeza, libera Wnt3, que se aferra a la beta-catenina / TCF, que activa una gran cantidad de genes, incluidos más Wnt3 y Sp5. Sin Sp5, el Wnt3 mantiene el ciclo en marcha y toneladas de cabezas aparecen en toda la hidra regeneradora. Estas cabezas, dijo Galliot, son totalmente funcionales. Tienen un sistema nervioso y tentáculos y una boca que funciona.
Cuando Sp5 está en la imagen, como en la naturaleza, se une a Wnt3, evitando que ese activador encuentre y se una a beta-catenina / TCF. En ausencia de Wnt3, beta-catenin / TCF deja de enviar "¡haz una cabeza!" mensajes, y solo crece una cabeza.
El proceso, dijo Galliot, tiene que ver con el equilibrio entre la activación y la represión. Y ahí es donde las cosas se ponen interesantes. Resulta que Wnt3 no se trata solo de gusanos planos e hidras y otros animales simples y en regeneración. También se encuentra en mamíferos, incluidos los humanos. El gen parece afectar el desarrollo embrionario, lo que significa que comprender su función podría ayudar a los científicos a comprender qué controla el desarrollo humano temprano. Wnt3 También es un impulsor crucial de algunos tipos de cáncer, dijo Galliot. Puede ser que Sp5 La manipulación podría detener la proliferación de tales cánceres, dijo.
Ese tipo de investigación médica aún está lejos en el futuro, pero las cabezas tachonadas de tentáculos de la hidra señalan el camino, dijo Galliot.
"Lo que aprendemos de organismos simples como este nos dice qué tipo de prueba podemos hacer en los mamíferos para entender mejor", dijo. "Nos da una dirección".
