Hoewel mensen geen hele ledematen kunnen regenereren zoals zeesterren, heeft nieuw genetisch onderzoek met fruitvliegjes verrassende resultaten opgeleverd. Een team van de Universiteit van Tokio heeft ontdekt dat bepaalde genen van eenvoudige organismen die hen helpen lichaamsdelen en weefsels te regenereren, kunnen worden overgedragen op andere dieren. Deze genen onderdrukten vervolgens het darmprobleem bij vliegen en zouden mogelijk enkele nieuwe mechanismen voor verjonging in complexere organismen kunnen onthullen. De bevindingen worden gedetailleerd beschreven in een studie die op 1 augustus in het tijdschrift werd gepubliceerd BMC Biologie.
[Related: These fingernail-sized jellyfish can regenerate tentacles—but how?]
Sommige dieren, waaronder kwallen en platwormen, kunnen hun hele lichaam regenereren. Hoewel wetenschappers nog steeds niet weten hoe, is het mogelijk dat er specifieke genen zijn die regeneratie mogelijk maken. Deze zelfde genen kunnen ook de langetermijnfuncties van stamcellen behouden.
Stamcellen kunnen zichzelf gedurende een lange periode delen en vernieuwen en vormen zoiets als een skelet. Hoewel ze niet noodzakelijkerwijs gespecialiseerd zijn, kunnen ze na verloop van tijd potentieel meer gespecialiseerde cellen worden, waaronder bloedcellen en hersencellen. Zoogdieren en insecten die zeer beperkte regeneratieve vermogens hebben, zijn deze genen mogelijk tijdens de evolutie kwijtgeraakt.
“Het is onduidelijk of de herintroductie van deze regeneratiegerelateerde genen bij dieren met lage regeneratieve vermogens hun regeneratie- en verouderingsprocessen zou kunnen beïnvloeden”, zegt co-auteur en bioloog Yuichiro Nakajima van de Faculteit Farmaceutische Wetenschappen van de Universiteit van Tokio.
In deze nieuwe studie concentreerden Nakajima en team zich op een groep genen die uniek zijn voor dieren met een hoog regeneratief vermogen, zoals platwormen. Deze genen worden HRJD’s genoemd, of zeer regeneratieve genen die coderen voor soortspecifieke JmjC-domeinen. Ze hebben HRJD overgebracht naar de fruitvlieg (Drosophila melanogaster) en bewaakte hun gezondheid in het blauw. Dankzij deze schaduw gaven ze hem de bijnaam Smurf.
Aanvankelijk hoopte men dat deze door HRJD versterkte fruitvliegjes weefsel zouden regenereren als ze gewond raakten. Dit gebeurde niet. Het team had echter fruitvliegdarmexpert Hiroki Nagai, die iets anders opmerkte. Er waren enkele nieuwe fenotypes – of kenmerken zoals oog- of haarkleur die afkomstig zijn van een bepaald gen.
“HRJD’s bevorderen een grotere verdeling van darmstamcellen, terwijl ze darmcellen onderdrukken die verkeerd gedifferentieerd zijn of fouten hebben gemaakt bij oudere vliegen,” zei Nakajima.
Dit verschilt van de manier waarop antibiotica verkeerd gedifferentieerde darmcellen kunnen onderdrukken, maar de deling van darmstamcellen kunnen onderdrukken.
[Related: Hydras can regrow their heads. Scientists want to know how they do it.]
“Om deze reden hadden HRJD’s een meetbaar effect op de levensduur van fruitvliegjes, wat de deur opent, of op zijn minst aanwijzingen geeft, voor de ontwikkeling van nieuwe anti-verouderingsstrategieën,” zei Nakajima. “Per slot van rekening hebben de ingewanden van mensen en insecten verrassend veel gemeen op cellulair niveau.”
Fruitvliegjes zijn bekende onderwerpen in biologisch onderzoek. Ze delen 75 procent van de genen die ziekten bij mensen veroorzaken, reproduceren zich snel en hun genetische code verandert vrij gemakkelijk. Maar zelfs met hun relatief korte levensduur en snelle reproductie- en rijpingssnelheid duurde het ongeveer twee maanden om hun volledige verouderingsproces te bestuderen.
In toekomstige studies wil het team nader bekijken hoe HRJD op moleculair niveau werkt.
“De details van het moleculaire werk van HRJD zijn nog steeds niet opgelost. En het is onduidelijk of ze zelfstandig werken of in combinatie met een ander onderdeel”, aldus Nakajima. “Dit is dus nog maar het begin van de reis, maar we weten nu dat onze gemodificeerde fruitvliegjes kunnen dienen als een waardevolle hulpbron voor het ontdekken van ongekende mechanismen van stamcelverjonging in de toekomst. Bij mensen neemt de activiteit van darmstamcellen af met de leeftijd, dus dit onderzoek is een veelbelovende weg voor op stamcellen gebaseerde therapieën.”