Så kan de encelliga reparera sig själva

Vissa djur, som till exempel salamandrar, kan återskapa förlorade kroppsdelar i en process som involverar skapandet av nya celler. De skadade cellerna dör och en ny kroppsdel växer ut genom celldelning då nya celler skapas.

Mikrober har inte möjligheten att använda den här strategin då de endast består av en cell och dör därmed oftast vid allvarliga skador. Men vissa encelliga organismer har den ovanliga förmågan att reparera sig själv när den är skadad. Denna förmåga har vart känd under en lång tid, däremot har det inte vart känt vilka gener som används för att reparation på encellsnivå ska vara möjligt.

Nu har en forskargrupp från Uppsala universitet identifierat över tusen gener som är involverade i återuppbyggnaden av en fullväxt encellig organism efter att cellen blivit skuren i två halvor.

En enda jättecell
Forskargruppen fokuserade i sin studie på arten Stentor polymorphus, en trumpet-formad ciliat som lever i en damm nära laboratoriet.

– Stentorceller är enorma och kan bli över en millimeter långa, detta gör det möjligt att se enskilda celler med bara ögat utan att använda mikroskop. Storleken på cellen gör att stentor är mycket lämpad för studier kring reparation av skador på encellsnivå, säger Henning Onsbring, doktorand vid institutionen för cell och molekylärbiologi vid Uppsala universitet och huvudförfattaren till artikeln.

Stentor har en distinkt form, med en mun i ena ändan och en svans i andra ändan. Genom munnen äter den bland annat bakterier och med hjälp av en sugkopp längst ut på svansen kan den hålla sig fast vid olika ytor. Tidigare studier har visat att om en stentor delas på mitten kommer varje halva reparera det som skadats och det kommer uppstå två fullvuxna stentorceller. Detta innebär att ena halvan måste återskapa en mun och den andra en svans.

Med hjälp av en ny metod kunde forskarna identifiera vilka gener som var inblandade i återskapandet av en ny mun respektive svans.

Fler gener inblandade i reparation av encelliga
– Den här metoden sekvenserar och kvantifierar RNA för individuella cellfragment, något som aldrig gjorts förut. Vanligtvis genomförs den här typen av studier bara på modellorganismer vars genom är tillgängligt. I det här fallet fanns inte sådan data och vi var tvungna att modifiera det som fanns tillgängligt för att kunna genomföra analysen av enskilda cell-fragment, säger dr. Thijs Ettema, docent vid institutionen för cell och molekylärbiologi som ledde studien.

Med den nyligen utvecklade metoden kunde Henning Onsbring upptäcka att fler gener var involverade i återskapandet av munnen än vad som krävdes för att reparera en saknad svans.

– Munnen från stentor har är en väldigt komplex struktur. Våra resultat indikerar att det krävs ungefär tio gånger så många gener för att återskapa munnen jämfört mot att regenerera en svans. Vi lyckades också bekräfta observationer från tidigare studier där man använt mikroskop och föreslagit att regeneration delar likheter med celldelning. Vi hittade flera gener som är kända för att vara uttryckta under celldelning som vi nu också kunde se aktiverade under olika steg då stentor reparerade sina skador, säger Henning Onsbring.

Signalproteiner inblandade i processen
Slutligen kunde forskargruppen också identifiera flera signalprotein, kända som kinaser, som var involverade i regenerationsprocessen.

– En tidigare studie har rapporterat att stentor har många kinasgener i genomet men dess funktion kunde aldrig fastställas. Vi kunde i vår studie visa att många av de här kinaserna var uttryckta under olika steg då stentor reparerade sina skador. Det är möjligt att den här gruppen av signalgener representerar ett viktigt evolutionärt steg för att kunna utföra reparation av skador på encellsnivå, säger Thijs Ettema.

Artikel i Current Biology:
RNA sequencing of Stentor cell fragments reveals transcriptional changes during cellular regeneration, Ettema, Thijs J. G. et al. (2018)

Kontakt:
Thijs Ettema, thijs.ettema@icm.uu.se