Životinja koja izgleda poput plutajuće glave u Tihom oceanu dok je mlada, a odrasla provodi život zakopana više od 30 centimetara duboko u blatu, upravo je znanstvenicima sa Stanforda otkrila da metamorfoza može reprogramirati živčane stanice u sasvim druge vrste tkiva.
Studija objavljena u časopisu Nature Communications pokazala je na žirastoj glistići Schizocardium californicum da većina stanica ličinke ne odumire tijekom preobrazbe u odraslu jedinku, kako se dosad pretpostavljalo, nego mijenja svoju funkciju. Čak su i neuroni, specijalizirane stanice živčanog sustava, preuzeli potpuno nove uloge u tijelu odrasle životinje.
To je prvi poznati slučaj opsežnog staničnog reprogramiranja tijekom normalnog razvoja životinje s bilateralnom građom tijela, kakvu imaju i ljudi. Dosadašnja istraživanja takvo su reprogramiranje pronalazila samo u spužava i meduza, organizama koji su evolucijski vrlo daleko od čovjeka. Žiraste glistiće pripadaju koljenu Hemichordata, koje se smatra evolucijskom vezom prema kralježnjacima.
Više od 87 tisuća stanica pod povećalom
Istraživački tim predvođen Paulom Bumpom proveo je genetske analize na više od 87.000 stanica glistića u pet razvojnih faza: ranoj i kasnoj fazi ličinke, tijekom metamorfoze te u ranoj i kasnoj fazi mlade jedinke. Sekvenciranjem RNK pojedinačnih stanica svrstali su ih u 12 kategorija poput hrskavice, imunosnih i kožnih stanica.
Analiza je pokazala da su mnoge stanice ličinke međusobno sličnije nego stanicama odrasle jedinke koje obavljaju istu funkciju. Primjerice, neuroni ličinke bili su sličniji stanicama crijeva ličinke nego neuronima odrasle glistiće. To je vrijedilo za više od polovice stanica, što upućuje na opsežno reprogramiranje. Iznimke su bile mišićne stanice i stanice mezoderma, koje su zadržale svoju funkciju.
Bump je dodatno označio stanice ličinke trajnom bojom prije metamorfoze i pratio ih kroz proces preobrazbe. Stanice su preživjele i ostale u odraslom organizmu, ali su na temelju RNK sekvenci postale potpuno drugačiji tipovi stanica.
“To sugerira da stanice nisu masovno odumirale, nego su se prenosile u odraslu jedinku. Na temelju podataka RNK sekvenciranja vidjeli smo da su postale vrlo različite po tipu stanica, što podupire ideju da su se stanice ličinke reprogramirale u nove sudbine tijekom metamorfoze, suprotno onome što bi većina znanstvenog polja predvidjela”, rekao je Christopher Lowe, viši autor studije i profesor biologije na Stanfordu.
Znanost koja zanemaruje većinu životinjskog svijeta
Znanstvenici su se za ovo istraživanje morali prilagoditi radu s vrstom koja se rijetko koristi u laboratorijima. Primjerci su iskopavani u plimnim ravnicama zaljeva Morro Bay na pacifičkoj obali. Loweov laboratorij specijaliziran je upravo za “nemodelne” morske organizme jer oni mogu otkriti više o evolucijskoj povijesti mnogih životinja.
Većina modelnih organizama u istraživanjima, poput miševa i zebrica, razvija se izravno iz jajeta u odraslu jedinku. No oko 80 posto životinjskih vrsta prolazi kroz metamorfozu s ličinkom koja se potpuno razlikuje od odraslog oblika. Fokus na izravni razvoj ostavlja veliku prazninu u znanju o većem dijelu životinjskog svijeta.
Zanimljivo je da ova kalifornijska glistića ima rođakinju koja se razvija izravno: Saccoglossus kowalevskii iz Virginije. Dok se virginijska glistića izleže iz jajeta u obliku koji će zadržati cijeli život, ličinka kalifornijske vrste ne nalikuje nimalo na odraslu jedinku. Studija pokazuje da je ta nevjerojatna transformacija vidljiva i iznutra.
“Možete gledati proces metamorfoze i fizički vidjeti kako se stvari radikalno mijenjaju, ali ta morfološka transformacija također je popraćena ogromnom promjenom staničnih komponenti”, zaključio je Lowe.
Ovo otkriće postavlja pitanje koje izvor ne postavlja: ako se stanično reprogramiranje događa kao normalan dio razvoja kod životinja evolucijski bliskih čovjeku, koliko je naše razumijevanje vlastitog razvoja zapravo ograničeno proučavanjem samo izravnih razvijača? Možda priroda ima daleko veći kapacitet za transformaciju stanica nego što smo dosad vjerovali, a ključ za regenerativnu medicinu leži upravo u tim neuglednim crvima iz blata.