Регенерацията на хидрата: как „безсмъртното“ животно възстановява главата си

Хидрата е дребен сладководен полип от групата на книдариите: тръбовидно тяло с уста и пипала в единия край и стъпало в другия. Ако я разрежат през тялото над долната му трета, остатъкът изгражда нова глава. Затова често я наричат „безсмъртна“, но данните са по-предпазливи от тази дума. В статията са събрани резултатите на екипа на Али Мортазави (Ali Mortazavi) за гените и регулаторната ДНК при това възстановяване, мястото им сред други изследвания и онова, което добавиха работите до 2026 г.

Първата версия на тази работа излезе като препринт в bioRxiv на 7 февруари 2019 г. Рецензираната статия, публикувана в „Genome Biology and Evolution“ през декември 2021 г., съдържа същите основни числа.

Как се образува нова глава

При хидрата клетките в тялото непрекъснато се делят, а тъкан се губи през двата края. Затова организаторът на главата, групата клетки в областта на устата (хипостома), трябва да се поддържа постоянно. След разрязване той се образува наново и тогава расте главата. Най-добре проучен е пътят на сигналната молекула Wnt, а в него — генът Wnt3 и белтъкът β-катенин. Същият организатор се появява и при пъпкуването, безполовото размножаване на хидрата.

През юли 2019 г. в „Science“ излезе друга важна работа: Siebert и колегите му секвенираха 24 985 отделни клетки. Така се получи карта на трите групи стволови клетки на хидрата и на пътищата, по които те се превръщат в нервни, жлезисти и стрекателни клетки. Изследването не тества регенерацията директно, но дава основа за по-късни експерименти.

Какво измери екипът на Мортазави

Учените разрязаха хидри и следяха активността на гените на 0, 2, 4, 6, 12, 24 и 48 часа след разреза, а при пъпкуването — осем етапа до 72-ия час. Променяха се 298 гена, подредени в осем групи. Генната активност при регенерация и при пъпкуване следва различни траектории, макар и в двата случая да се образува организатор на главата. Генът Wnt3 достига пик около 12-ия час.

После картографираха и регулаторната ДНК. С метода ATAC-seq откриха 27 137 участъка с достъпна ДНК. По белезите на хистоните, белтъците, около които е навита ДНК, 9 998 от тях приличат на промотори, а 3 018 на усилватели (енхансъри) на гени. При 2 870 участъка достъпността се променяше по време на регенерацията. Промоторът на Wnt3 и един кандидат-усилвател пред гена се отваряха още на 4-ия час. В променящите се участъци преобладават мотиви, които свързват транскрипционни фактори с ролята им в развитието и при животните с двустранна симетрия. Затова авторите предполагат, че сложните развойни усилватели са по-стари от разделянето между книдарии и двустранно симетрични животни преди около 600 милиона години.

Те посочват и граници: всяка проба идва от едно животно, за хидрата няма еталонен набор от потвърдени усилватели, изследвани са само активни белези, а функцията на повечето намерени гени и фактори не е проверена с опити.

Колко „безсмъртна“ е хидрата

Думата идва от лабораторни наблюдения. През 2015 г. Schaible и колегите му публикуваха в PNAS проследяване на 2 256 хидри от два вида в две лаборатории (Росток и колежа „Помона“), общо над 3,9 милиона хидро-дни. Смъртността на отделните групи беше ниска и не нарастваше с възрастта: около 0,6 % годишно при десет групи и около 0,09 % при две. Плодовитостта, тоест пъпкуването, също не намаляваше. Авторите говорят за липса на стареене, а не за безсмъртие, и посочват, че не могат да изключат стареене след периода на наблюдение. В природата според тях животното живее седмици, а не години, заради сезонните спадове на популациите.

Те предлагат няколко черти, които може да позволяват това: голям дял стволови клетки, бърза смяна на клетките, малко клетъчни типове, просто тяло и зародишна линия, която не е отделена от останалото тяло.

Какво добавиха по-новите работи

Работа от 2026 г. в „Developmental Biology“ проследява как раната „включва“ организатора. Сигналът ERK се задържа около раната до около 3-тия час, а средно е изчезнал до 8-ия; организаторът се подготвя между 8-ия и 12-ия час. Блокирането на ERK за 12 часа забавя регенерацията с около денонощие, но не я спира, а блокиране за 3 часа не променя нищо. Броят на делящите се клетки не се променя, затова забавянето не идва от по-малко делене. При друг вид, Hydra oligactis, която регенерира по-бавно, ERK затихва по-бързо. Авторите заключават, че реакцията на раната е сходна, но веригата, която изгражда организатора, се различава между видовете. Авторите отбелязват и разминаване с по-ранно измерване за Wnt3: как точно се регулира този ген, още не е изяснено.

Картината се подрежда така: раната дава сигнал, в първите часове се променя достъпността на ДНК, организаторът се подготвя между 8-ия и 12-ия час и главата пораства. Кои от хилядите кандидат-участъци наистина са необходими, още не е доказано с опити. А думата „безсмъртна“ остава в рамките на лабораторните данни за ниска и постоянна смъртност.