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Unravelling How Planaria Regenerate

I platelminti planari sono una delle piccole meraviglie della natura. Anche se il loro aspetto ‘strabico’ è accattivante, la loro vera pretesa di fama deriva dalla loro capacità rigenerativa. Dividi un planarian nel mezzo e presto avrai due creature con gli occhi incrociati che ti fissano; tagliane uno e ogni pezzo rigenererà un intero verme piatto. Come fanno a tirare di una tale impresa incredibile? Nel 2011, i ricercatori hanno scoperto che la rigenerazione planaria dipende dall’attività delle cellule staminali (“neoblasti”) distribuite in tutto il corpo del verme piatto, ma importanti domande sul processo sono rimaste senza risposta. Alcune cellule staminali sono responsabili di ciascun organo? Cosa attiva le cellule staminali quando è necessaria la rigenerazione? Un intraprendente team di scienziati dello Stowers Institute for Medical Research ci ha avvicinato a rispondere a queste domande sviluppando una nuova tecnica per studiare la rigenerazione planaria e usandola per scoprire alcuni dei geni coinvolti.
La rigenerazione non è un tratto unicamente planarian; stelle marine sono ben noti per la crescita indietro parti del corpo perse, e anche gli esseri umani possono rigenerarsi in una certa misura (pensare a una guarigione della ferita). Planarians certamente eccellere in esso, però; un flatworm può recuperare da essere tagliato in una sconcertante 279 piccoli pezzi, ognuno dei quali si rigenera in un nuovo verme! Ecco un enigma divertente per chi è incline a queste cose: quale verme, se presente, può pretendere di essere il “verme originale”? E se fossero solo due pezzi invece di oltre 200? Farebbe la differenza se i due pezzi fossero di dimensioni diverse?
Imperterriti da tali considerazioni filosofiche, i ricercatori hanno utilizzato microarray personalizzati per identificare i geni che si attivano quando un planarian si rigenera. L’innovazione cruciale era un nuovo modo di indurre la rigenerazione in un contesto riproducibile — in altre parole, trovare un modo semplice per ferire molte delle piccole creature allo stesso modo. Poiché planaria non ha chiari punti di riferimento anatomici, i ricercatori non possono usare la chirurgia per creare lesioni identiche in molti individui; la variabilità risultante rende difficile studiare il processo di rigenerazione. Allo stesso modo, la chirurgia introduce danni secondari ad altri tessuti, complicando ulteriormente l’analisi. Idealmente, i ricercatori vorrebbero essere in grado di danneggiare o distruggere in modo pulito solo un singolo organo e poi guardarlo rigenerarsi — e questo è esattamente ciò che il team è riuscito. Carrie Adler, il post-doc che ha guidato lo studio, ha scoperto che esporre il verme piatto Schmidtea mediterranea al sodio azide chimico ha causato loro di perdere la faringe — essenzialmente, la bocca — senza danneggiare altri tessuti o influenzare il processo rigenerativo.

Utilizzando questa tecnica, che hanno definito “amputazione chimica”, il team ha indotto lesioni in planaria e ha studiato quali geni sono stati attivati nel corso del processo di rigenerazione. La faringe manca di neoblasti, ma le cellule vicino alla ferita iniziano rapidamente a dividersi e rigenerano l’organo amputato. Per identificare i geni che erano interessanti, il team ha combinato due approcci di screening. In primo luogo, un microarray scelto geni che erano attivi durante la rigenerazione, fornendo un elenco di 356 candidati. Successivamente, il team ha utilizzato RNAi per bloccare l’attività di ciascun gene nei vermi piatti amputati e ha verificato se la faringe si è ancora rigenerata. Questo ha ristretto la lista a venti geni, che il team ha diviso in diversi set. Alcuni geni hanno influenzato le cellule staminali in generale, altri hanno influenzato il comportamento alimentare e una manciata ha influenzato direttamente lo sviluppo della faringe. Di questi, il fattore di trascrizione FoxA sembrava svolgere il ruolo più importante nella rigenerazione della faringe.
La squadra successiva guardato come rigenerazione è andato storto in planaria con FoxA abbattuto. Hanno scoperto che le cellule staminali migravano ancora nel sito della ferita e si moltiplicavano lì, ma l’escrescenza risultante non è riuscita a diventare una faringe. Hanno anche provato ad amputare le code o le teste dei knock-down di FoxA, che poi si sono rigenerati con successo. “Il targeting di FoxA ha completamente bloccato la rigenerazione della faringe ma non ha avuto alcun effetto sulla rigenerazione di altri organi”, ha detto Adler in un comunicato stampa. “Attualmente, pensiamo che FoxA inneschi una cascata di espressione genica che spinge le cellule staminali a produrre tutte le diverse cellule della faringe, inclusi muscoli, neuroni e cellule epiteliali.”FoxA è noto per svolgere un ruolo nello specificare la faringe nell’anemone marino e nel nematode Caenorhabditis elegans, oltre a regolare lo sviluppo dell’intestino nei vertebrati, quindi ha senso che sia un giocatore centrale nella rigenerazione della faringe in planaria. Ancora più importante, la sua identificazione può servire come un cuneo per fare leva a parte i dettagli della rigenerazione; accoppiato con gli altri geni raccolti in questo studio, offre un’opportunità entusiasmante per espandere la nostra comprensione di questo importante processo.

Ref
Adler C, et al. L’amputazione selettiva della faringe identifica un programma di rigenerazione dipendente da FoxA in planaria. eLife 3: e02238. (2014) doi:10.7554/eLife.02238
Rossant J. Geni per la rigenerazione. eLife 3: e02517. (2014) doi:10.7554/eLife.02517
Credits immagine
L’immagine di Schmidtea mediterranea è di Alejandro Sánchez Alvarado (uno degli autori del giornale!) ed è distribuito sotto una licenza CC-BY-SA tramite Wikimedia Commons. The planarian with fluorescent neoblasts, di Alex Lin e Bret Pearson, è una riproduzione della Figura 1 di Rossant (2014) ed è distribuito sotto licenza CC-BY.

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