Их результаты были опубликованы в журнале Nature.Среди участников проекта рабочая группа под руководством профессора д-ра Томаса Холстайна и Аст.
Проф. Д-р Суат Озбек из Центра изучения организмов (COS) Гейдельбергского университета и д-р Хайко Шмидт из Венского центра интегративной биоинформатики (CIBIV) Лаборатории Макса Ф. Перуца (MFPL). Гидра размножается бесполым путем, производя почки на стенке тела взрослой особи, которые затем созревают и образуют новые полипы.
Исследователи из Гейдельберга углубились в этот процесс на молекулярном уровне и обнаружили, что используется сигнальный путь, который запускает лево-правую асимметрию органов у высших животных, включая человека. Процессы, которые происходят на молекулярном уровне, поразительно похожи на те, которые запускают формирование осей тела у ранних эмбрионов позвоночных.Один из фундаментальных вопросов биологии состоит в том, что составляет основной тип строения тела животных и как все более сложные формы, в том числе человеческие, произошли от него. На простейшем уровне этот план тела можно описать тремя осями, как определено в декартовой системе координат.
Эти три оси — знакомые по геометрии оси X, Y и Z — представляют собой передне-заднюю (AP) ось, которая определяет положение рта спереди и ануса сзади, дорсально-вентральное (DV) ось, которая у позвоночных отделяет переднюю часть тела от спины, и ось влево-вправо (LR), которая создает зеркальную симметрию наших конечностей и асимметрию органов влево-вправо.Эти три оси тела определяются на ранних этапах эмбрионального развития. Оплодотворенная яйцеклетка начинает делиться, сначала образуя шарообразную «кучу» недифференцированных клеток.
Именно на этой ранней стадии эмбриона определяется положение первого отверстия тела, которое одновременно определяет ось AP. «Этот процесс можно геометрически объяснить как нарушение симметрии, и следуют другие нарушения симметрии, которые определяют две другие оси, оси DV и LR», — объясняет профессор Холстейн из Центра исследований организмов (COS). Генетическая основа каждой из этих осей тела была уже идентифицирована в эмбриональном развитии человека, других позвоночных и даже у насекомых и червей. Эволюционно высококонсервативные молекулярные сигнальные системы действуют как молекулярные векторы, определяющие каждую из осей тела и контролирующие образование различных типов клеток.
Многие из этих так называемых генов развития также играют важную роль в развитии рака.В своем молекулярном анализе стволовых клеток и белков Wnt пресноводного полипа Hydra, который имеет только одну четко определенную ось тела с одним отверстием, исследователи определили так называемую передачу сигналов Nodal в этой примитивной системе. «До сих пор мы знали об этом сигнальном пути только у двусторонне симметричных животных, где он участвует в создании сигнального центра для раннего эмбрионального развития и лево-правой асимметрии. Используя различные фармакологические и генетические эксперименты, наша группа смогла продемонстрировать, что гидра также имеет ген Nodal-типа, который вместе с основными генами-мишенями активированного сигнального пути Nodal участвует в асимметричном расположении зачатков гидры », — объясняет д-р Хироши Ватанабе, член группы профессора Гольштейна.
У гидры бутоны отрываются от взрослой особи; у коралла, другого члена семейства Cnidaria, почки остаются прикрепленными к взрослой особи и образуют колонии со сложными ветвями. Сигнальный путь Nodal активируется компонентами «первичного» сигнального пути, который отвечает за передне-заднюю ось (путь сигнала Wnt). Узловой путь контролирует развитие левой-правой оси тела у билатерально-симметричных животных (например, позвоночных).Гейдельбергское исследование представляет первые доказательства существования и участия сигнального пути Nodal в индукции оси в "радиально" симметричном организме. «Мы предполагаем, что это было отправной точкой в эволюции формирования левой-правой оси у билатерально-симметричных животных.
Определение того, как эволюционировал этот сложный двухсторонний план тела, открывает другие захватывающие области исследований», — объясняет профессор Холстейн. Эти открытия, однако, уже указывают на то, насколько схожи основные эмбриональные процессы на молекулярном уровне между простыми Cnidaria и позвоночными, включая человека.