Il polipo d'acqua dolce Hydra è noto per la sua capacità di rigenerarsi. Dopo aver rimosso la testa o il piede – o sia la testa che il piede – Hydra è in grado di rigenerare le strutture mancanti, riformando gli organismi completamente intatti. Gli scienziati di Heidelberg hanno studiato le interazioni molecolari che portano dal danno alla rigenerazione delle strutture assenti. L'immagine mostra un rigenerato Hydra da cui sono stati precedentemente rimossi la testa e il piede. La rigenerazione tramite Wnt ricombinante ha portato alla formazione di una seconda testa con tentacoli invece di un piede rigenerato. Crediti:Anja Tursch e Thomas W. Holstein (Università di Heidelberg)
Il fenomeno della rigenerazione è stato scoperto oltre 200 anni fa nel polipo d'acqua dolce Hydra. Finora, tuttavia, non era in gran parte chiaro come si attivasse la rigenerazione ordinata dei tessuti o degli organi perduti dopo la lesione. Nelle sue indagini su Hydra, un team di ricerca interdisciplinare dell'Università di Heidelberg è stato in grado di mostrare come i segnali di guarigione delle ferite rilasciati in seguito a una lesione vengono convertiti in segnali specifici di formazione di pattern e differenziazione cellulare. I componenti essenziali sono le protein chinasi attivate dal mitogeno (MAPK) e la via di segnalazione Wnt, meccanismi molecolari che sono rimasti relativamente invariati durante l'evoluzione.
La capacità di rigenerarsi varia ampiamente negli animali. La maggior parte dei mammiferi e dei vertebrati ha solo una capacità di rigenerazione limitata, mentre gli animali basali e semplici emersi all'inizio dell'evoluzione, come cnidari e planari, possono rigenerare l'intero corpo. In tutti i casi, il processo di rigenerazione inizia con la guarigione della ferita. Le cellule nel sito della lesione proliferano e formano una massa indifferenziata, un blastema, da cui vengono rimodellate le strutture mancanti. Questo attiva processi genetici che controllano anche lo sviluppo embrionale. Per determinare i meccanismi molecolari coinvolti, il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Dr. Thomas W. Holstein ha studiato il polipo d'acqua dolce Hydra per comprendere le caratteristiche di base di questa attivazione della rigenerazione.
Il fulcro delle loro ricerche è la tesi di dottorato di Anja Tursch. Ha ripetuto l'esperimento chiave del naturalista ginevrino Abraham Trembley (1710-1784) che lo ha portato a scoprire il fenomeno della rigenerazione. Il polipo dell'Hydra è diviso in due, spingendo la metà superiore a rigenerare una nuova "testa" e la metà inferiore un nuovo "piede", quindi parti del corpo completamente diverse possono crescere dallo stesso identico tessuto sulla superficie del taglio nel mezzo. Basandosi sul loro precedente lavoro sulla rigenerazione dell'Hydra, i ricercatori del Center for Organismal Studies (COS) dell'Università di Heidelberg hanno ora mostrato come ciò sia possibile.
Indipendentemente da dove si verifica, qualsiasi danno innesca segnali non specifici per una risposta alla lesione, cioè la guarigione della ferita, tramite ioni calcio e la produzione di specie reattive dell'ossigeno. I segnali vengono trasmessi intracellularmente da tre protein chinasi attivate dal mitogeno:p38, JNK ed ERK. L'attivazione di queste tre molecole è necessaria sia per la rigenerazione della testa che del piede. Vengono quindi attivate vie di segnalazione Wnt importanti durante lo sviluppo embrionale per la formazione degli organi rudimentali e dell'asse corporeo. I segnali generici di guarigione delle ferite vengono quindi trasferiti in segnali specifici della posizione di patterning e differenziazione cellulare per la rigenerazione.
"I nostri esperimenti mostrano che la via di segnalazione Wnt è una componente principale della risposta iniziale generale alla lesione e, a seconda della potenza del segnale, dirige il tessuto verso lo sviluppo della testa o del piede", spiega il Prof. Holstein. Questo è il motivo per cui, nel caso dell'inibizione di MAPK, la rigenerazione altrimenti assente può essere indotta da proteine Wnt ricombinanti generate artificialmente. "Era anche sorprendente che nelle parti centrali del corpo a cui erano stati rimossi sia la testa che il piede, le teste potessero essere indotte a entrambe le estremità in questo modo", aggiunge la dott.ssa Suat Özbek, membro del gruppo di ricerca "Evoluzione molecolare e genomica" del Prof. Holstein al COS.
Wnt/β-catenina, un pezzo della via di segnalazione Wnt, era già noto per codificare le informazioni posizionali per la nuova formazione della struttura della testa. In collaborazione con i matematici guidati dalla Prof. Dr. Anna Marciniak-Czochra, il team di ricerca del Prof. Holstein e del Dr. Özbek ha sviluppato un modello che mostra come le informazioni posizionali basali nel tessuto trasformano la risposta alla lesione inizialmente indifferenziata in un processo di patterning differenziale tramite la via di segnalazione Wnt. "Poiché MAPK e Wnt sono altamente conservati dal punto di vista evolutivo, questo meccanismo è probabilmente profondamente radicato nel nostro genoma, che è importante anche per i processi rigenerativi nei vertebrati e nei mammiferi", afferma Thomas Holstein.
La ricerca è stata pubblicata in Proceedings of the National Academy of Sciences . + Esplora ulteriormente
