El pólipo de agua dulce Hydra es conocido por su capacidad de regeneración. Después de que se extrae la cabeza o el pie, o tanto la cabeza como el pie, Hydra puede regenerar las estructuras faltantes, reformando organismos completamente intactos. Los científicos de Heidelberg investigaron las interacciones moleculares que conducen del daño a la regeneración de las estructuras ausentes. La imagen muestra un regenerado de Hydra al que se le quitaron previamente la cabeza y el pie. La regeneración a través de Wnt recombinante condujo a la formación de una segunda cabeza con tentáculos en lugar de un pie regenerado. Crédito:Anja Tursch y Thomas W. Holstein (Universidad de Heidelberg)
El fenómeno de la regeneración fue descubierto hace más de 200 años en el pólipo de agua dulce Hidra. Sin embargo, hasta ahora no estaba muy claro cómo se activa la regeneración ordenada de los tejidos u órganos perdidos después de una lesión. En sus investigaciones de Hydra, un equipo de investigación interdisciplinario de la Universidad de Heidelberg pudo mostrar cómo las señales de curación de heridas liberadas por la lesión se convierten en señales específicas de formación de patrones y diferenciación celular. Los componentes esenciales son las proteínas quinasas activadas por mitógenos (MAPK) y la vía de señalización Wnt, mecanismos moleculares que se han mantenido relativamente sin cambios a lo largo de la evolución.
La capacidad de regeneración varía ampliamente en los animales. La mayoría de los mamíferos y vertebrados tienen una capacidad de regeneración limitada, mientras que los animales básicos y simples que surgieron temprano en la evolución, como los cnidarios y las planarias, pueden regenerar todo su cuerpo. En todos los casos, el proceso de regeneración comienza con la cicatrización de heridas. Las células en el sitio de la lesión proliferan y forman una masa indiferenciada, un blastema, a partir de la cual se remodelan las estructuras que faltan. Esto activa procesos genéticos que también controlan el desarrollo embrionario. Para determinar los mecanismos moleculares involucrados, el equipo de investigación dirigido por el Prof. Dr. Thomas W. Holstein estudió el pólipo de agua dulce Hydra para comprender las características básicas de esta activación de la regeneración.
El núcleo de sus investigaciones es la tesis doctoral de Anja Tursch. Repitió el experimento clave del naturalista de Ginebra Abraham Trembley (1710 a 1784) que lo llevó a descubrir el fenómeno de la regeneración. El pólipo de Hydra se divide en dos, lo que hace que la mitad superior regenere una nueva "cabeza" y la mitad inferior un nuevo "pie"; por lo tanto, pueden crecer partes del cuerpo totalmente diferentes a partir del mismo tejido exacto en la superficie cortada en el medio. Sobre la base de su trabajo anterior sobre la regeneración de Hydra, los investigadores del Centro de Estudios de Organismos (COS) de la Universidad de Heidelberg ahora han demostrado cómo esto es posible.
Independientemente de dónde ocurra, cualquier daño desencadena señales no específicas para una respuesta a la lesión, es decir, la cicatrización de heridas, a través de iones de calcio y la producción de especies reactivas de oxígeno. Las señales se transmiten intracelularmente por tres proteínas cinasas activadas por mitógeno:p38, JNK y ERK. La activación de estas tres moléculas es necesaria para la regeneración tanto de la cabeza como de los pies. Luego se activan las vías de señalización de Wnt que son importantes durante el desarrollo embrionario para la formación de órganos rudimentarios y el eje del cuerpo. Las señales genéricas de cicatrización de heridas se transfieren así a señales específicas de posición de patrones y diferenciación celular para la regeneración.
"Nuestros experimentos muestran que la vía de señalización de Wnt es un componente principal de la respuesta inicialmente general a la lesión y, dependiendo de la intensidad de la señal, dirige el tejido hacia el desarrollo de la cabeza o el pie", explica el Prof. Holstein. Esta es la razón por la que, en el caso de la inhibición de MAPK, la regeneración que de otro modo estaría ausente puede ser inducida por proteínas Wnt recombinantes generadas artificialmente. "También fue sorprendente que en las partes medias del cuerpo a las que se les extirparon tanto la cabeza como el pie, se pueden inducir cabezas en ambos extremos de esta manera", agrega la Dra. Suat Özbek, miembro del grupo de investigación "Evolución Molecular y Genómica" del Prof. Holstein. en el COS.
Ya se sabía que Wnt/β-catenina, una pieza de la vía de señalización de Wnt, codificaba información posicional para la formación de una nueva estructura de la cabeza. En colaboración con matemáticos dirigidos por la Prof. Dra. Anna Marciniak-Czochra, el equipo de investigación del Prof. Holstein y el Dr. Özbek desarrolló un modelo que muestra cómo la información posicional basal en el tejido transforma la respuesta de lesión inicialmente indiferenciada en un proceso de patrón diferencial a través de la vía de señalización Wnt. "Debido a que las MAPK y las Wnt están altamente conservadas evolutivamente, es probable que este mecanismo esté profundamente arraigado en nuestro genoma, lo que también es importante para los procesos regenerativos en vertebrados y mamíferos", dice Thomas Holstein.
La investigación fue publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences . Cuando aparece el gen del equinoccio, repara las transiciones hacia el nuevo crecimiento
