Hvordan ved en hval, at den skal vokse sig så stor, som den gør, og en flue, at den skal forblive lille? Hvorfor bliver alle dyr ikke bare ved med at vokse hele livet?
Spørgsmålene har plaget biologer i århundreder, men nu er danske forskere kommet et skridt nærmere svaret.
\ Historien kort
- Forskere får ny indsigt i, hvordan kroppen regulerer, hvor meget den skal vokse.
- Det besvarer et af biologiens mest fundamentale spørgsmål.
- Samme mekanisme er involveret i udviklingen af kræft.
I et studie, der for nylig blev publiceret i det videnskabelige tidsskrift Current Biology, viser forskere fra Københavns Universitet, at en signalvej, der findes i alt fra insekter til mennesker, styrer, hvor meget fluer vokser (se faktaboks).
Signalvejen har formentlig samme funktion i eksempelvis mennesker og hvaler, og det nye studie åbner op for en større indsigt i, hvad der præcist afgør, hvor store vi alle sammen ender med at blive.
»Alle dyr starter med at være én enkelt celle og stopper på et tidspunkt med at vokse, når dyret har nået en hvis størrelse. I dette studie har vi for første gang fundet en af de mekanismer, som er med til at regulere denne kontrollerede vækst,« fortæller Kim Rewitz, der er lektor ved Celle- og Neurobiologi på Biologisk Institut ved Københavns Universitet.
Gennembrud indenfor området
Det nye studie giver unik indsigt i en af biologiens mest fundamentale processer og kan være med til også at forbedre forståelsen af sygdomme som eksempelvis cancer og diabetes.
Det mener lektor Héctor Herranz Muñoz fra Institut for Cellulær og Molekylær Medicin ved Københavns Universitet.
»Mekanismen spiller ind i mange aspekter af helbredet fra cellevækst til kontrol af kroppens niveauer af insulin og hormoner. Derfor kan en bedre forståelse af mekanismen give os nye måder at se på kræft, diabetes og andre sygdomme på. Man kan ikke bruge studiet til at kurere cancer her og nu, men det er vigtigt at forstå de her mekanismer for at kunne gøre det i fremtiden,« siger Héctor Herranz Muñoz.
Héctor Herranz Muñoz har ikke deltaget i det nye studie, men han har læst det og er meget begejstret.
»Det er et fantastisk, smukt og elegant studie, der er med til at besvare et af de mest fundamentale spørgsmål indenfor biologien. Det er et gennembrud indenfor området,« siger Héctor Herranz Muñoz.
\ Læs mere
Vækst styres af to faktorer
To hovedfaktorer afgør, hvor store forskellige dyr bliver.
- Den ene er generne. De får hvaler til at vokse til hval-størrelse og fluer til at vokse til flue-størrelse.Om signalvejeEn signalvej er er en kaskade af molekyler, som hver aktiverer den næste og sender signaler fra cellers overflade og ind i cellernes indre og gør cellerne i stand til at reagere på deres omgivelser.Signalveje er med til at få kroppen til at reagere på forskellige stimuli. Eksempelvis sætter mad og motion gang i nogle signalveje i kroppen.Når man spiser, bliver der sendt signaler til hjernen, som regulerer appetitten. Disse signaler giver en mæthedsfornemmelse, som hæmmer spisning.Alle kroppens processer er styret af signalveje, hvor forskellige molekyler sender signaler til alle dele af kroppen.
- Den anden er 'miljøet' – eksempelvis den mængde føde, som et dyr indtager. Også her spiller generne ind. Uden genernes faste hånd til at guide dyrenes vækst, ved dyrene ikke, at de er nødsaget til at regulere deres vækst i forhold til mængden af den næring, som de indtager.
I det nye studie fra Københavns Universitet har forskerne fundet en signalvej (se boksen under artiklen), der er med til at regulere den sidste af de to hovedfaktorer for kontrolleret vækst.
Signalvejen er med til at sørge for, at fluelarver kan justere deres vækst til mængden af føde og sikre, at alle organer og væv vokser med den rette hastighed. Dermed får dyret de rigtige proportioner – eksempelvis vinger der passer til kroppens størrelse.
Samme signalvej spiller sandsynligvis den samme rolle i hvaler, mus, dig og mig.
»Signalvejen er medbestemmende for, hvor store dyr bliver. Vokser et dyr ikke meget i den periode, hvor de kan vokse, ender de med ikke at blive så store, og det falder tilbage på den her signalvej,« siger Kim Rewitz.
Svært at forklare det intuitive
Selvom det er intuitivt simpelt, at dyr vokser langsommere og bliver små, når de kun får lidt mad, har den bagvedliggende cellulære mekanisme alligevel skjult sig for forskere længe. Men det er den, som de danske forskere nu har fundet.
Samme signalvej spiller en central rolle i at kontrollere, at de forskellige dele af dyret vokser i rette tempo, og at de stopper med at vokse, når de skal.
Det drejer sig blandt andet om organerne og lemmerne, som på et tidspunkt opnår deres fulde størrelse og ikke skal vokse mere.
»Det er vigtigt, at dyr holder proportionerne, så eksempelvis en flue ikke pludselig får meget store vinger til en lille krop eller omvendt. Denne signalvej er med til at sørge for, at det ikke sker,« forklarer Kim Rewitz.
Mekanisme spiller rolle i kræft
Med så stor en indflydelse på kroppen og kroppens organer er det ikke overraskende, at man allerede kender til den 'nyopdagede' signalvej andetstedsfra.
Signalvejen spiller nemlig også en vigtig rolle i udviklingen af cancer.
Hvis der opstår en mutation i de gener, som danner basis for signalvejen, kan organer komme til at vokse ukontrolleret, hvilket er et sikkert tegn på kræft.
»Signalvejen er studeret rigtig meget, da den spiller så vigtig en funktion i udviklingen af kræft, men vi er de første til at vise denne nye rolle, hvor den også spiller ind i at regulere dyrs vækst i forhold til de betingelser, som omgivelserne tilbyder,« siger Kim Rewitz.
Giver grundlæggende forståelse af udviklingsbiologi
Kim Rewitz fortsætter med at forske i, hvordan dyr afgør, hvor store de skal blive.
Blandt andet håber han på at finde det genetiske program, som gør, at dyr vokser til en karakteristisk størrelse afhængigt af arten, men uafhængigt af fødeindtaget.
Eksempelvis vokser mennesker i hele 20 år, før vi en dag pludselig stopper med at vokse.
Andre dyr har også helt velafgrænsede størrelser.
Kim Rewitz tror, at den samme mekanisme til at regulere væksten findes i både fluer og mennesker, og derfor har han store håb til at være den første til at bestemme den i fluer.
»Vi er i gang med at kortlægge denne mekanisme i bananfluer. Indenfor udviklingsbiologien vil det være med til hjælpe os med helt fundamentalt at forstå, hvordan dyr udvikler sig, og hvad der sker i processen, som er med til at regulere størrelser i alt fra fluer til elefanter,« siger Kim Rewitz.
\ Signaleringsvej styrer produktionen af hormoner
Signalvejen går under navnet Salvador/Wart/Hippo-signalvejen eller SWH-signalvejen.
Når et dyr spiser, bliver der sendt forskellige signaler rundt i kroppen via blodet, og de signaler bliver opfanget i hjernen, hvor SWH-signalvejen begynder.
SWH-signalvejen bliver ifølge det nye studie påvirket af signalerne, og hvis der er gode betingelser for at vokse (der findes næringsstoffer som aminosyrer i blodet), aktiverer signalvejen produktionen af steroidhormoner, som fremmer kroppens vækst ved at stimulere celler til at vokse og dele sig. Ergo vokser dyret.
Er betingelserne ikke gunstige, holder signalvejen igen med at aktivere produktionen af steroidhormonerne, og så vokser dyret ikke.
»Signalvejen regulerer produktionen af hormoner, som påvirker hele kroppen, og derfor bliver hele dyrets vækst reguleret, selvom hormonproduktionen og signalopfattelsen kun findes i nogle specifikke celler,« forklarer Kim Rewitz.
Læs også: Evolutionært flop: Tidligt firbenet landdyr kunne ikke gå
Fik fluer til at stoppe med at vokse
I det nye studie har Kim Rewitz sammen med kollegaer genmanipuleret bananfluer for at slå generne, der opretholder funktionen af SWH-signalvejen, ud.
Da de gjorde det, kunne de se, at det ikke bare påvirkede væksten af dele af fluen, men af hele fluen.
De kunne også se, at når de genetisk ’tændte’ for generne igen, voksede fluelarverne, som de skulle.
På den måde var de i stand til fastslå, at signalvejen spiller en vigtig rolle i at regulere hele organismens vækst i relation til dens fødeindtag.
»Signalvejen kontrollerer balancen mellem steroidhormoner og væksthormoner, hvilket er med til at regulere væksten af de forskellige væv, så de gror og vokser med samme hastighed, når betingelserne er til det. Den funktion kendte man ikke til før nu,« siger Kim Rewitz.
