La minuscule hydre immortelle est un animal d'eau douce qui peut régénérer un animal entièrement nouveau à partir du plus petit ruban de son corps. Habituellement, il le fait parfaitement: un pied, un corps long et maigre et une tête tentaculée.
Mais avec un seul ajustement génétique, les chercheurs peuvent créer des hydres monstrueuses qui poussent des têtes entièrement fonctionnelles sur tout leur corps - appropriées pour un animal nommé pour un ancien monstre grec qui avait entre six et neuf têtes.
Ces hydres à plusieurs têtes ne sont pas seulement un truc de science folle. Pour la première fois, les chercheurs ont découvert ce qui empêche la régénération de la tête hydrique. Les résultats pourraient tout éclairer, des études sur le développement humain à la recherche sur le cancer.
La recherche d'un interrupteur
Bien que les hydres soient de simples animaux, la repousse des parties du corps n'est pas une mince affaire. À chaque régénération, l'animal doit organiser son plan corporel de sorte qu'une seule tête se retrouve en haut et qu'un seul pied, ou disque basal, germe en bas. Les chercheurs avaient certaines des pièces de ce puzzle. Ils connaissaient le gène Wnt3 est crucial pour stimuler la croissance de la tête. Ils savaient également qu'il devait y avoir un contrôle moléculaire sur Wnt3. Sans cette inhibition, l'hydre ne ferait que pousser des têtes partout. Ils savaient également qu'un récepteur et un activateur génétique particuliers, appelés bêta-caténine / TCF, étaient activés par Wnt3 pour démarrer le processus de croissance de la tête.
Mais il leur manquait l'interrupteur "off". Quelque chose, ils le savaient, devait empêcher l'hydre de se développer tête après tête, a expliqué Brigitte Galliot, professeur de génétique et d'évolution à l'Université de Genève.
Galliot et ses collègues sont donc partis à la chasse. Ils ont commencé avec un proche parent des hydres, des planaires ou des vers plats, qui se régénèrent également. Dans le génome planaire, ils ont trouvé 440 gènes qui deviennent moins actifs lorsque les signaux bêta-caténine / TCF étaient bloqués, leur donnant un point de départ pour la recherche d'autres gènes impliqués dans ce cycle. Parmi ceux-ci, 124 existaient également dans le génome de l'hydre.
Parmi ceux-ci, ils n'ont trouvé que cinq gènes les plus actifs au sommet du corps tubulaire de l'hydre et les moins actifs à son pied, ce qui signifie qu'ils devaient être spécifiques à la croissance de la tête. Parmi ces cinq, ils ont recherché des gènes qui sont devenus de plus en plus actifs pendant la régénération. Il en restait trois: Wnt3, Wnt5 et un gène appelé Sp5.
Un équilibre prudent
L'équipe savait déjà que Wnt3 et Wnt5 a lancé le processus de croissance de la tête. Ils se sont donc concentrés sur Sp5. Ils ont rapidement découvert que la bêta-caténine / TCF stimule l'activité de Sp5 - mais Sp5 atténue également les signaux bêta-caténine / TCF en réprimant Wnt3.
Cela peut sembler un peu étrange, mais c'était exactement ce que les chercheurs recherchaient: un composé qui pourrait mettre les freins sur une boucle de rétroaction autrement incontrôlable. Pour vérifier leur travail, ils ont développé des hydres conçues pour ne pas exprimer Sp5 gène.
"Dans 100 de ces animaux, vous avez des têtes extra-utérines", a déclaré Galliot à Live Science. "Ce qui est vraiment incroyable."
Ce qui se passe, Galliot et ses collègues ont rapporté aujourd'hui (19 janvier) dans la revue Nature Communications, c'est que lorsqu'une hydre a besoin d'une nouvelle tête, elle libère Wnt3, qui s'accroche à la bêta-caténine / TCF, qui active un tas de gènes, y compris plus Wnt3 et Sp5. Sans pour autant Sp5, le Wnt3 maintient le cycle en cours, et des tonnes de têtes surgissent partout dans l'hydre régénérante. Ces têtes, a déclaré Galliot, sont totalement fonctionnelles. Ils ont un système nerveux et des tentacules et une bouche qui fonctionne.
Quand Sp5 est dans l'image, comme il est dans la nature, il se lie à Wnt3, empêchant cet activateur de trouver et de se lier à la bêta-caténine / TCF. En l'absence de Wnt3, la bêta-caténine / TCF arrête d'envoyer "fais une tête!" messages, et une seule tête grandit.
Le processus, a déclaré Galliot, est tout au sujet de l'équilibre entre l'activation et la répression. Et c'est là que les choses deviennent intéressantes. Il se trouve que Wnt3 n'est pas seulement dans les vers plats et les hydres et autres animaux simples et régénérants. C'est également chez les mammifères, y compris les humains. Le gène semble affecter le développement embryonnaire, ce qui signifie que la compréhension de sa fonction pourrait aider les scientifiques à comprendre ce qui contrôle le développement humain précoce. Wnt3 est également un moteur crucial de certaines sortes de cancer, a déclaré Galliot. Il se pourrait que Sp5 la manipulation pourrait arrêter la prolifération de tels cancers, elle a dit.
Ce type de recherche médicale est encore loin dans le futur, mais les têtes cloutées de l'hydre indiquent la voie, a déclaré Galliot.
"Ce que nous apprenons d'organismes simples comme celui-ci nous dit quel genre de test nous pouvons faire chez les mammifères pour mieux comprendre", a-t-elle déclaré. "Cela nous donne une direction."
