¿Por qué la hidra termina con una sola cabeza?

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hidra de múltiples cabezas

Sin una proteína llamada Sp5 la hidra puede regenerar múltiples cabezas

A menudo considerada inmortal, la hidra de agua dulce puede regenerar cualquier parte de su cuerpo, un rasgo descubierto por el naturalista de Ginebra Abraham Trembley hace casi 300 años. Cualquier fragmento de su cuerpo que contenga unos pocos miles de células puede regenerar todo el animal.

El pólipo de un centímetro tiene un centro organizador del desarrollo ubicado en el nivel de la cabeza y otro ubicado en el pie. El organizador de la cabeza realiza dos actividades opuestas: la activación, que hace que se diferencie la cabeza, y la inhibición, que evita la formación de cabezas supernumerarias.

Investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, han descubierto la identidad del inhibidor, una proteína llamada Sp5, y han descifrado el diálogo entre estas dos actividades antagónicas, que mantienen un cuerpo adulto de cabeza única y organizan una adecuada respuesta regenerativa.

Publicado en la revista Nature Communications, su estudio informa que este mecanismo se ha conservado a lo largo de la evolución, tanto en la hidra como en los humanos. Por lo tanto, la proteína Sp5 podría ser un excelente candidata como inhibidor de tumores humanos en los que la ruta del activador es el motor de la proliferación.

Vídeo: Hidra adulta con una sola cabeza

Vídeo: Hidra con múltiples cabezas

"La regeneración de la cabeza se basa en la transformación del muñón en un tejido llamado centro organizador de la cabeza, que tiene propiedades de desarrollo y, como un arquitecto, dirige la construcción de la futura cabeza", explica Brigitte Galliot, profesora del Departamento de Genética y Evolución de la Facultad de Ciencias de la UNIGE.

El organizador principal realiza dos actividades opuestas, una de activación y otra de inhibición. El primero induce la diferenciación de las células madre en células principales especializadas. El activador es un factor de crecimiento llamado Wnt3, cuya acción permite el inicio de un programa de diferenciación celular tridimensional que dirige la construcción de la cabeza. Por lo tanto, en ausencia de Wnt3, no puede continuar el programa de regeneración de la cabeza. La actividad inhibitoria, producida bajo el control de la actividad activadora, evita la formación de cabezas supernumerarias.

"Estas dos actividades antagónicas establecen un diálogo entre ellas, pero no conocíamos la identidad del inhibidor ni la naturaleza de este diálogo", dice la bióloga.

Utilizando los resultados de un estudio realizado por un equipo alemán sobre un gusano plano planaria, los biólogos desarrollaron una estrategia de detección de genes para identificar este inhibidor. "Partimos de 124 candidatos que cumplieron con los criterios específicos para identificar a un único ganador que cumplió con todos ellos. Es un gen que codifica una proteína llamada Sp5", dice Matthias Vogg, investigador del Departamento de Genética y Evolución de la Facultad de Ciencias de UNIGE y primer autor del estudio.

Luego, los científicos demostraron que Sp5 se une a la región reguladora del gen que codifica Wnt3, bloquea su expresión y, por lo tanto, la formación de la cabeza.

estrategia de cribado de la hidra

Imagen: Estrategia de cribado para identificar genes candidatos a inhibidores de la cabeza en la hidra

Las siete cabezas de la hidra de agua dulce

¿Cómo funciona el diálogo entre la ruta del activador y el inhibidor? "Hemos cuantificado la expresión de los genes que codifican Wnt3 y Sp5 en diferentes partes del cuerpo de una hidra intacta o amputada, y descubrimos que se establece un circuito regulador entre las dos actividades según la ubicación y la cantidad de cada gen expresado", señala Brigitte Galliot.

Por lo tanto, en animales intactos, el factor de crecimiento Wnt3 estará presente principalmente en la punta de la cabeza, mientras que Sp5 estará principalmente activo en el área circundante, para evitar la aparición de otras cabezas.

Cuando los investigadores bloquean la expresión de la Sp5, los pólipos de hidra, intactos o en regeneración, desarrollaron múltiples cabezas, todas perfectamente funcionales.

"También replicamos estos resultados de los pólipos de hidra cuyas células se habían disociado completamente unas de otras, luego se volvieron a agregar y se dejaron en cultivo: la hidra de múltiples cabezas se formó nuevamente en cuatro o cinco días", explica Matthias Vogg.

En los seres humanos, la vía de señalización celular activada por Wnt3 está principalmente activa durante el desarrollo embrionario, así como en diferentes tipos de tumores en adultos. Si se confirma en nuestra especie el efecto inhibitorio de la Sp5, esta proteína podría ser un tratamiento candidato dirigido a las células cancerosas que utilizan para proliferar la vía Wnt3.

Artículo científico: An evolutionarily-conserved Wnt3/β-catenin/Sp5 feedback loop restricts head organizer activity in Hydra

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