Het fenomeen van regeneratie werd meer dan 200 jaar geleden ontdekt in de zoetwaterpoliep Hydra. Tot nu toe was het echter grotendeels onduidelijk hoe de ordelijke regeneratie van verloren weefsels of organen na een blessure wordt geactiveerd. In zijn onderzoek naar Hydra kon een interdisciplinair onderzoeksteam van de Universiteit van Heidelberg laten zien hoe signalen van wondgenezing die vrijkomen bij verwonding worden omgezet in specifieke signalen van patroonvorming en celdifferentiatie. Essentiële componenten zijn de door mitogeen geactiveerde proteïnekinasen (MAPK) en de Wnt-signaleringsroute - moleculaire mechanismen die gedurende de evolutie relatief onveranderd zijn gebleven.

Het vermogen om te regenereren varieert sterk bij dieren. De meeste zoogdieren en gewervelde dieren hebben slechts een beperkte regeneratiecapaciteit, terwijl basale en eenvoudige dieren die vroeg in de evolutie opkwamen, zoals cnidarians en planarians, hun hele lichaam kunnen regenereren. In alle gevallen begint het regeneratieproces met wondgenezing. De cellen op de plaats van de verwonding prolifereren en vormen een ongedifferentieerde massa - een blastema - waaruit de ontbrekende structuren opnieuw worden gevormd. Dit activeert genetische processen die ook de embryonale ontwikkeling regelen. Om de betrokken moleculaire mechanismen te bepalen, bestudeerde het onderzoeksteam onder leiding van prof. dr. Thomas W. Holstein de zoetwaterpoliep Hydra om de basiskenmerken van deze activering van regeneratie te begrijpen.

De kern van hun onderzoek is het proefschrift van Anja Tursch. Ze herhaalde het sleutelexperiment van de Genèvese natuuronderzoeker Abraham Trembley (1710 tot 1784), die hem ertoe bracht het fenomeen van de regeneratie te ontdekken. De Hydra-poliep wordt in tweeën gedeeld, waardoor de bovenste helft een nieuwe "kop" en de onderste helft een nieuwe "voet" regenereert - vandaar dat totaal verschillende lichaamsdelen kunnen groeien uit exact hetzelfde weefsel op het snijvlak in het midden. Voortbouwend op hun eerdere werk aan Hydra-regeneratie, hebben de onderzoekers van het Center for Organismal Studies (COS) van de Universiteit van Heidelberg nu laten zien hoe dit mogelijk is.

Ongeacht waar het zich voordoet, veroorzaakt elke schade niet-specifieke signalen voor een verwondingsreactie, d.w.z. wondgenezing, via calciumionen en de productie van reactieve zuurstofsoorten. De signalen worden intracellulair overgedragen door drie door mitogeen geactiveerde eiwitkinasen:p38, JNK's en ERK. Activering van deze drie moleculen is vereist voor zowel hoofd- als voetregeneratie. Wnt-signaleringsroutes worden dan geactiveerd die tijdens de embryonale ontwikkeling belangrijk zijn voor de vorming van rudimentaire organen en de lichaamsas. De generieke signalen van wondgenezing worden zo omgezet in positiespecifieke signalen van patroonvorming en celdifferentiatie voor regeneratie.

"Onze experimenten tonen aan dat de Wnt-signaleringsroute een hoofdcomponent is van de aanvankelijk algemene verwondingsreactie en, afhankelijk van de signaalsterkte, het weefsel naar hoofd- of voetontwikkeling leidt", legt prof. Holstein uit. Dit is de reden waarom, in het geval van MAPK-remming, de anders afwezige regeneratie kan worden geïnduceerd door kunstmatig gegenereerde, recombinante Wnt-eiwitten. "Het was ook verrassend dat in middelste lichaamsdelen waarvan zowel het hoofd als de voet waren verwijderd, op deze manier hoofden aan beide uiteinden kunnen worden geïnduceerd", voegt Dr. Suat Özbek, een lid van de onderzoeksgroep "Molecular Evolution and Genomics" van prof. Holstein toe. bij de COS.

Van Wnt/β-catenine, een onderdeel van de Wnt-signaleringsroute, was al bekend dat het positionele informatie codeert voor de vorming van nieuwe kopstructuur. In samenwerking met wiskundigen onder leiding van prof. dr. Anna Marciniak-Czochra heeft het onderzoeksteam van prof. Holstein en dr. Özbek een model ontwikkeld dat laat zien hoe basale positionele informatie in het weefsel de aanvankelijk ongedifferentieerde letselrespons omzet in een differentieel patroonvormingsproces via de Wnt-signaleringsroute. "Omdat MAPK's en Wnt's zeer evolutionair geconserveerd zijn, is dit mechanisme waarschijnlijk diep verankerd in ons genoom, wat ook belangrijk is voor regeneratieve processen bij gewervelde dieren en zoogdieren", zegt Thomas Holstein.

Het onderzoek is gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences . + Verder verkennen

Wanneer het equinox-gen verschijnt, herstelt de overgang naar hergroei