Ukwiał gwiaździsty (Nematostella vectensis) posiada imponujące zdolności regeneracyjne, które pozwalają mu na wytworzenie nowej części ciała w przypadku utracenia fragmentu tkanki. Po przecięciu na pół każdy kawałek zamienia się w kompletny ukwiał. Podczas gdy niektóre regenerujące się zwierzęta, takie jak salamandry i ryby, posiadają zdolność przywrócenia utraconych części proporcjonalnie do tego, co pozostało, ukwiał morski przekształca całe swoje ciało tak, aby zachować ten sam ogólny kształt, nawet jeśli oznacza to dostosowanie części, które nie zostały uszkodzone. Ta cecha jest również obserwowana u płazińców. – Regeneracja polega na przywróceniu funkcji po utracie lub uszkodzeniu tkanki. Większość badań dotyczy głównie wzorów i rozmiarów w regeneracji, ale nasze odkrycia pokazują, że utrzymanie kształtu także jest kluczowe i jest to coś, co organizm aktywnie kontroluje –  wyjaśnia Aissam Ikmi, lider grupy EMBL i autor nowego badania.

Do odkrycia doszło, gdy Stephanie Cheung, doktorantka w grupie Ikmi, zauważyła coś niezwykłego. Kiedy stopa ukwiała została zraniona, Cheung zaobserwowała podział komórek w miejscu rany i nieoczekiwany podział komórek na przeciwległym końcu ciała – w okolicy ust. Sugerowało to, że ukwiał wysyłał sygnały w całym ciele w odpowiedzi na uraz. Aby to zbadać, zespół wykorzystał metody badawcze, takie jak transkryptomika przestrzenna w połączeniu z zaawansowanym obrazowaniem. Pozwoliło to sprawdzić, które geny były aktywne w różnych częściach ciała ukwiała podczas regeneracji. Zaskakujące było to, że uraz wywołał zmiany molekularne w pobliżu i daleko od rany. Komórki przemieszczały się, a tkanki ulegały reorganizacji, skutecznie przekształcając całe ciało. Co ciekawe, zakres zmiany kształtu ciała zależał od stopnia urazu. Utrata stopy powodowała łagodne zmiany, podczas gdy przecięcie ukwiału na pół prowadziło do znacznej przebudowy.

Zespół zidentyfikował rodzinę enzymów zwanych metaloproteazami, które stawały się bardziej aktywne wraz z utratą większej ilości tkanki. Enzymy te działały nie tylko w miejscu rany, ale były aktywne w całym organizmie, pomagając w wyrównaniu tkanek. – Aktywność metaloproteaz nigdy wcześniej nie została wykazana u zwierząt w ten sposób. Musiałem zaprojektować i zoptymalizować warunki eksperymentalne dla Nematostella w oparciu o skąpą literaturę dostępną dla innych gatunków. Zajęło to trochę czasu, ale ostateczne wyniki były bardzo satysfakcjonujące – opowiada Petrus Steenbergen, jeden z autorów badania i starszy technik badawczy grupy Ikmi.

Przełom nastąpił, gdy naukowcy zdali sobie sprawę, że wszystkie te zmiany miały na celu przywrócenie pierwotnego kształtu ukwiała. Zmierzyli współczynnik kształtu (stosunek długości do szerokości) i stwierdzili, że ukwiał powrócił do proporcji sprzed urazu. Tak więc nawet jeśli ukwiał stał się mniejszy po urazie, zachował ten sam kształt. – Byliśmy świadkami szeregu procesów koordynacji całego ciała ukwiała. Ta proporcjonalna reakcja pozwala ukwiałowi przywrócić swój kształt, pokazując, w jaki sposób organizmy, takie jak Nematostella, reagują na utratę tkanki w sposób skalowany do poniesionych szkód – mówi Ikmi.

Badania te były efektem współpracy naukowej. Zespół Rika Korswagena z Instytutu Hubrechta w Holandii pomógł wdrożyć transkryptomikę przestrzenną w ukwiałach morskich. Zespół Olivera Stegle'a z EMBL Heidelberg i Niemieckiego Centrum Badań nad Rakiem (DKFZ) wniósł wiedzę bioinformatyczną i metody statystyczne potrzebne do radzenia sobie z przestrzennymi danymi ekspresji genów. 

Patrząc w przyszłość, Ikmi i jego zespół są podekscytowani zadawaniem nowych pytań. – Kolejnym ważnym pytaniem jest to, dlaczego utrzymanie kształtu jest tak ważne? I w jaki sposób organizm wyczuwa swój własny kształt? Skąd wie, jak aktualnie wygląda? – zastanawia się Ikmi. Dzięki niezwykłemu ukwiałowi gwiaździstemu jako modelowi naukowcy chcą odkryć więcej tajemnic na temat mechanizmów stojących za procesem samoleczenia się i utrzymania homeostazy w organizmie.