8 Minute
Viermii planari sunt deja vedete ale regenerării în laboratoarele de biologie — dacă îi tai în două, adesea obții două animale întregi. Acum, cercetătorii care au studiat Stenostomum brevipharyngium au raportat o anomalie naturală izbitoare: indivizi care dezvoltă capete la ambele capete ale corpului, iar descendenții lor pot inversa orientarea axei corpului. Această descoperire aruncă lumină asupra plasticității în modelarea corporală (patterning) și ridică întrebări noi despre cum își amintesc țesuturile orientarea axială.
A surprising developmental twist in asexually reproducing worms
Zoologii de la Universitatea din Varșovia, Katarzyna Tratkiewicz și Ludwik Gąsiorowski, au documentat apariția naturală a unor indivizi cu două capete la o specie care, în mod normal, se reproduce asexuat prin înmugurire (budding): o clonă se formează din linia mediană a adultului, dezvoltă un cap, iar apoi restul corpului se completează. În anumite cazuri rare, în loc ca posteriorul noului organism să dezvolte un coadă, s-a format un al doilea cap, creând o morfologie bicefală neobișnuită și stabilă în populația examinată.
La prima vedere, aceasta poate părea o manipulare de laborator — și într-adevăr, experimente anterioare au folosit semnale bioelectrice și perturbări moleculare pentru a determina planariile să crească două capete sau două cozi. Diferența crucială în cazul observat de Tratkiewicz și Gąsiorowski este că această morfologie cu două capete a apărut spontan într-o populație salbatică sau de tip sălbatic menținută în laborator, fără intervenții bioelectrice deliberate. Mai mult, când oamenii de știință au secționat acești viermi mutanți în bucăți pentru a observa regenerarea, au apărut surprize care au extins semnificația descoperirii la nivel de orientare axială și memorie tisulară.
Regeneration that flips the body’s internal compass
Când viermii cu două capete au fost secționați, fiecare cap a regenerat o coadă la capătul opus. Elementul esențial a fost că acele cozi nou formate includeau organe reproductive complet funcționale — ceea ce înseamnă că unii descendenți au schimbat efectiv pozițiile capului și cozii în raport cu axa corporală originală a animalului. În practică, celulele din regiunea mediană a acestor viermi „cu susul în jos” prezentau o orientare axială diferită față de celulele de la oricare dintre capete, indicând coexistenta a două domenii cu polaritate divergente într-un singur exemplar sau în urma regenerării.
„Practic, o astfel de regenerare permite inversarea stabilă a polarității axei corpului fără a afecta capacitățile de supraviețuire sau reproducere ale animalului”, raportează autorii în Proceedings of the Royal Society B. Cu alte cuvinte, în ciuda unei repoziționări anatomice dramatice, animalele au continuat să se hrănească, să se reproducă și să-și mențină fiziologia de bază, demonstrând o reziliență funcțională impresionantă a planului corporal.
How pluripotent stem cells may enable flexibility
Cercetătorii propun că această plasticitate extremă este posibilă pentru că planariile păstrează un rezervor de celule stem adulte pluripotente (denumite de multe ori neoblasts în literatura despre planarii) capabile să genereze orice tip celular în timpul reînnoirii continue a țesuturilor. Acea pluripotentă permite remodelarea dinamică a organelor și, posibil, ștergerea sau reconfigurarea markerilor stricți de orientare atunci când țesuturile se refac în timpul înmuguririi sau după vătămare. Acest mecanism oferă o bază celulară plauzibilă pentru modul în care axa corporală poate fi rescrisă în mod stabil fără pierderea funcției.
Autoarele sugerează că fie simplitatea structurală a unor organe, fie capacitatea activă de remodelare mediată de celulele stem — sau o combinație a ambelor — permite astfel de inversări. Din perspectivă moleculară, această posibilitate ridică ipoteze despre semnale care nu sunt doar genetice, ci și epigenetice și bioelectrice, cum ar fi diferențiale în expresia factorilor de dezvoltare (de exemplu căi polare conservate precum Wnt/β-catenină în regenerare), modificări ale profilului de transcripție și actualizări ale potențialului de membrană care pot reorienta domeniile tisulare.
Why this matters for regenerative biology
Cercetătorii folosesc planariile ca modele pentru că abilitățile lor regenerative oferă informații despre formarea modelelor (pattern formation), comportamentul celulelor stem și semnalizarea bioelectrică — toate având potențială relevanță translațională pentru medicina regenerativă și ingineria țesuturilor. Înțelegerea modului în care un organism poate răsturna axa internă și în continuare să funcționeze normal provoacă presupunerile noastre despre hărțile corporale fixe (body maps) și poate informa strategii de reconstituire a orientării în țesuturi după leziuni, transplanturi sau în regenerarea complexă țesut-orga.
Din perspectiva științei fundamentale, descoperirea ridică întrebări mecanistice concrete: ce semnale moleculare marchează orientarea axială în țesuturile adulte? Cum sunt menținute sau resetate aceste semnale în cursul înmuguririi și regenerării? Și care este rolul câmpurilor bioelectrice în stabilizarea identității „cap versus coadă” în timp? Răspunsurile la aceste întrebări pot implica o combinație de factori: gradienți de morfogen (cum ar fi molecule din familia Wnt), semnalizare celulară locală, modificări epigenetice ale cromatinei și stări ale memoriei celulare transmise prin lanțuri de regenerare celulară.
Implications and future directions
Următoarele experimente ar putea cartografia modele de expresie genică prin tehnici de transcriptomică spațială, urmări liniile celulare stem prin etichetări moleculare și manipula semnale bioelectrice sau biochimice în timpul înmuguririi pentru a determina când și cum informația privind axa devine fixă sau reversibilă. Testele funcționale ar putea include perturbări genetice sau farmacologice ale căilor candidate (de exemplu inhibitori sau activatori ai căii Wnt/β-catenină, sau blocanți ai anumitor canale ionice implicate în semnalizarea bioelectrică) pentru a evalua contribuția fiecărui mecanism la stabilizarea polarității.
Comparativ, muncile pe alte specii de planarii și pe nevertebrate regenerante ar putea dezvălui dacă această flexibilitate este un caz particular al Stenostomum brevipharyngium sau dacă este mai răspândită între organismele cu capacitate regenerativă ridicată. De asemenea, investigații evolutive pot evalua presiunile selective care permit menținerea unei astfel de plasticități: de exemplu, într-un mediu variabil, abilitatea de a reconfigura rapid axa corporală ar putea oferi avantaje în repararea rănilor severe sau în reproducerea asexuată rapidă.
Pe termen lung, observațiile despre viermii cu două capete și capacitatea descendenților lor de a inversa polaritatea corporală oferă o demonstrație vie că planurile corporale pot fi mult mai maleabile decât par — un concept care poate regândi modul în care biologii înțeleg memoria dezvoltamentală și aplicarea cunoștințelor în ingineria țesuturilor. În traducere clinică, deși trecerea de la nevertebrate la mamifere este complexă și nu direct liniară, principiile care guvernează resetarea semnalelor de orientare ar putea inspira strategii pentru realinierea țăsuturilor sau reluarea funcțiilor după traumatisme complexe.
Expert Insight
„Aceste observații subliniază cât de surprinzător de robuste și flexibile pot fi planurile corporale simple”, spune dr. Elena Morales, cercetătoare în biologia regenerativă la Institute for Integrative Biology (figurativ). „Dacă țesuturile adulte pot reseta polaritatea fără a pierde funcția, asta sugerează noi modalități prin care am putea încerca să inducem rearanjarea țăsuturilor mamiferelor după leziuni — dar trebuie mai întâi să înțelegem semnalele care permit rescrierea orientării în condiții de siguranță.”
Studiul apare în Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences și se alătură unui corp tot mai mare de lucrări care folosesc planariile pentru a investiga fundamentele regenerării, specificării axei și remodelării dirijate de celule stem. Lucrarea nu doar confirmă importanța modelelor regenerante pentru biologia fundamentală, ci și extinde aria de întrebări translaționale privind modul în care memoria tisulară poate fi manipulată în scopuri terapeutice.
Sursa: sciencealert
Lasă un Comentariu