Μάθημα αναγέννησης κυττάρων από έναν «συγγενή» των κοραλιών

Ένα μικροσκοπικό θαλάσσιο πλάσμα, ήταν η αιτία για να ανακαλύψουν οι επιστήμονες του Εθνικού Ινστιτούτου Υγείας των ΗΠΑ μηχανισμούς που σχετίζονται με την γήρανση και την αναγέννηση, καθώς το ζωύφιο αυτό, μπορεί να αναγεννήσει ολόκληρο το σώμα του, μόνο από το στόμα του.

Το Hydractinia symbiolongicarpus, το ζωύφιο με σχήμα σωλήνα που ζει πάνω στα καβούρια – ερημίτες, τη στιγμή που ξεκινά την αναγέννησή του, ακολουθεί μια μοριακή διαδικασία που σχετίζεται με αυτήν της γήρανσης. Σύμφωνα με τη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Cell Reports, το Hydractinia αποδεικνύει ότι οι θεμελιώδεις βιολογικές διαδικασίες της αναγέννησης και της γήρανσης είναι αλληλένδετες, παρέχοντας νέα προοπτική για το πώς εξελίχθηκε η γήρανση.

Όπως επισημαίνουν οι ερευνητές στη μελέτη τους «η σταθερότητα στην πορεία της ζωής των κυττάρων είναι απαραίτητη για τη διατήρηση του «νόμου και της τάξης» στα πολύπλοκα ζώα. Όμως αυτή η σταθερότητα, μειώνει την πλαστικότητα των κυττάρων και περιορίζει έτσι, την ικανότητά τους να αναγεννιούνται.

Αυτή η αντισταθμιστική λειτουργία έχει ως αποτέλεσμα τα περισσότερα σύγχρονα ζώα να είναι είτε απλά και αναγεννητικά, είτε πολύπλοκα και μη αναγεννητικά.

Οι μηχανισμοί που μεσολαβούν στην κυτταρική πλαστικότητα και επιτρέπουν την αναγέννηση παραμένουν άγνωστοι.

Δείχνουμε ότι τα σήματα που εκπέμπονται από γηρασμένα κύτταρα μπορούν να αποσταθεροποιήσουν τη διαφοροποιημένη κατάσταση των γειτονικών σωματικών κυττάρων, επαναπρογραμματίζοντάς τα σε βλαστοκύτταρα που είναι ικανά να οδηγήσουν την αναγέννηση ολόκληρου του σώματος στο Hydractinia symbiolongicarpus.

Η φαρμακολογική ή γενετική αναστολή της γήρανσης εμποδίζει τον επαναπρογραμματισμό και την αναγέννηση.

Αντίθετα, η επαγωγή παροδικής έκτοπης γήρανσης σε ένα αναγεννητικό πλαίσιο έχει ως αποτέλεσμα υπεράριθμα βλαστοκύτταρα και ταχύτερη αναγέννηση.

Εκτιμούμε ότι η σηματοδότηση γήρανσης είναι ένας αρχαίος μηχανισμός που μεσολαβεί στην κυτταρική πλαστικότητα. Η κατανόηση του περιβάλλοντος γήρανσης που προωθεί τον κυτταρικό επαναπρογραμματισμό θα μπορούσε να προσφέρει μια νέα διαδρομή για την ενίσχυση της αναγέννησης».

Σύμφωνα με τον Τσάρλς Ρότιμι, διευθυντή του Εσωτερικού Προγράμματος Έρευνας του Εθνικού Ινστιτούτου Έρευνας Ανθρώπινου Γονιδιώματος (NHGRI), το οποίο αποτελεί τμήμα του Εθνικού Ινστιτούτου Υγείας των ΗΠΑ, «Μελέτες όπως αυτή που διερευνούν τη βιολογία ασυνήθιστων οργανισμών, αποκαλύπτουν πόσο καθολικές είναι πολλές βιολογικές διεργασίες και πόσα πρέπει να καταλάβουμε ακόμη για τις λειτουργίες, τις σχέσεις και την εξέλιξή τους. Τέτοια ευρήματα έχουν μεγάλες δυνατότητες για την παροχή νέων γνώσεων για την ανθρώπινη βιολογία».

Η αποκάλυψη της εξελικτικής προέλευσης των θεμελιωδών βιολογικών διεργασιών, όπως η γήρανση και η θεραπεία, είναι απαραίτητη για την κατανόηση της ανθρώπινης υγείας και των ασθενειών.

Οι άνθρωποι έχουν κάποια ικανότητα να αναγεννώνται, όπως να θεραπεύσουν ένα σπασμένο κόκκαλο ή ακόμα και να αναγεννήσουν ένα κατεστραμμένο συκώτι. Κάποια άλλα ζώα, όπως οι σαλαμάνδρες και τα ψάρια ζέβρα, μπορούν να αντικαταστήσουν ολόκληρα άκρα και να αναπληρώσουν μια σειρά οργάνων. Ωστόσο, τα ζώα με απλό σώμα, όπως η Hydractinia, έχουν συχνά τις πιο ακραίες αναγεννητικές ικανότητες, όπως η ανάπτυξη ενός ολόκληρου νέου σώματος από ένα κομμάτι ιστού.

Ο αναγεννητικός ρόλος για τη γήρανση είναι αντίθετος με τα ευρήματα στα ανθρώπινα κύτταρα.

«Οι περισσότερες μελέτες για τη γήρανση σχετίζονται με τη χρόνια φλεγμονή, τον καρκίνο και τις ασθένειες που σχετίζονται με την ηλικία. Τυπικά, στους ανθρώπους, τα γηρασμένα κύτταρα παραμένουν γηρασμένα και αυτά τα κύτταρα προκαλούν χρόνια φλεγμονή και προκαλούν γήρανση στα γειτονικά κύτταρα. Από ζώα όπως η Hydractinia, μπορούμε να μάθουμε πώς η γήρανση μπορεί να είναι ευεργετική και να διευρύνουμε την κατανόησή μας για τη γήρανση και τη θεραπεία», δήλωσε ο Ανδρέας Μπαξεβάνης, ανώτερος επιστήμονας στο NHGRI και συγγραφέας της μελέτης.

Προηγουμένως, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το Hydractinia έχει μια ειδική ομάδα βλαστοκυττάρων για αναγέννηση. Τα βλαστοκύτταρα μπορούν να μετατραπούν σε άλλους τύπους κυττάρων και επομένως είναι χρήσιμα για τη δημιουργία νέων τμημάτων του σώματος. Στους ανθρώπους, τα βλαστοκύτταρα δρουν κυρίως στην ανάπτυξη, αλλά οργανισμοί υψηλής αναγέννησης όπως η Hydractinia χρησιμοποιούν βλαστοκύτταρα καθ ‘όλη τη διάρκεια της ζωής τους. Το Hydractinia αποθηκεύει τα βλαστοκύτταρα που οδηγούν στην αναγέννηση στον κάτω κορμό του σώματός του. Ωστόσο, όταν οι ερευνητές αφαιρούν το στόμα – ένα μέρος μακριά από το σημείο όπου βρίσκονται τα βλαστοκύτταρα – το στόμα αναπτύσσει ένα νέο σώμα. Σε αντίθεση με τα ανθρώπινα κύτταρα, τα οποία είναι κλειδωμένα στη μοίρα τους, τα ενήλικα κύτταρα ορισμένων έντονα αναγεννητικών οργανισμών μπορούν να ξαναγίνουν βλαστοκύτταρα όταν ο οργανισμός τραυματιστεί, αν και αυτή η διαδικασία δεν είναι καλά κατανοητή. Οι ερευνητές λοιπόν θεώρησαν ότι η Hydractinia πρέπει να δημιουργήσει νέα βλαστοκύτταρα και αναζήτησαν μοριακά σήματα που θα μπορούσαν να κατευθύνουν αυτή τη διαδικασία.

Όταν η αλληλουχία του RNA έδειξε τη γήρανση, οι ερευνητές σάρωσαν το γονιδίωμα της Hydractinia για αλληλουχίες όπως αυτές των γονιδίων που σχετίζονται με τη γήρανση στον άνθρωπο. Από τα τρία γονίδια που εντόπισαν, το ένα «ενεργοποιήθηκε» σε κύτταρα κοντά στο σημείο όπου κόπηκε το ζώο. Όταν οι ερευνητές διέγραψαν αυτό το γονίδιο, η ικανότητα των ζώων να αναπτύσσουν γηρασμένα κύτταρα μπλοκαρίστηκε και χωρίς τα γηρασμένα κύτταρα, τα ζώα δεν ανέπτυξαν νέα βλαστοκύτταρα και δεν μπορούσαν να αναγεννηθούν.

Οι ερευνητές παρακολούθησαν τα γηρασμένα κύτταρα στην Hydractinia για να βρουν πώς αυτό το ζώο παρακάμπτει τις βλαβερές συνέπειες της γήρανσης. Απροσδόκητα, τα ζώα εξώθησαν τα γηρασμένα κύτταρα από το στόμα τους.

Ενώ οι άνθρωποι δεν μπορούν να απαλλαγούν από τα γηρασμένα κύτταρα τόσο εύκολα, οι ρόλοι των γονιδίων που σχετίζονται με τη γήρανση στο Hydractinia υποδηλώνουν πώς εξελίχθηκε η διαδικασία της γήρανσης.

Εμείς οι άνθρωποι είχαμε για τελευταία φορά έναν πρόγονο με την Hydractinia – και τους στενούς της συγγενείς, τις μέδουσες και τα κοράλλια – πριν από περισσότερα από 600 εκατομμύρια χρόνια, και αυτά τα ζώα δεν γερνούν καθόλου. Εξαιτίας αυτών των παραγόντων, το Hydractinia μπορεί να παρέχει κρίσιμες πληροφορίες για τους πρώτους ζωικούς προγόνους μας. Ως εκ τούτου, οι ερευνητές θεωρούν ότι η αναγέννηση μπορεί να ήταν η αρχική λειτουργία της γήρανσης στα πρώτα ζώα.

«Ακόμα δεν καταλαβαίνουμε πώς τα γηρασμένα κύτταρα πυροδοτούν την αναγέννηση ή πόσο διαδεδομένη είναι αυτή η διαδικασία στο ζωικό βασίλειο», είπε ο Δρ Μπαξεβάνης. «Ευτυχώς, μελετώντας μερικούς από τους πιο μακρινούς συγγενείς μας, μπορούμε να αρχίσουμε να αποκαλύπτουμε μερικά από τα μυστικά της αναγέννησης και της γήρανσης – μυστικά που μπορεί τελικά να προωθήσουν τον τομέα της αναγεννητικής ιατρικής και τη μελέτη ασθενειών που σχετίζονται με την ηλικία».