Le lamprede svelano un’evoluzione unica

Roma – Uno dei due vertebrati privi di mascella, le lamprede di mare, se da un lato stanno creando scompiglio nella pesca del Midwest, dall’altro hanno aiutato gli scienziati a comprendere le origini di due importanti cellule staminali che hanno guidato l’evoluzione dei vertebrati. È quanto emerge da uno studio condotto dai biologi della Northwestern University, riportato su Nature Ecology & Evolution. Gli scienziati  hanno individuato il momento in cui la rete di geni che regola queste cellule staminali potrebbe essersi evoluta e hanno ottenuto informazioni su ciò che potrebbe essere responsabile della mancanza di mandibole nelle lamprede. I due tipi di cellule, le cellule pluripotenti della blastula, o cellule staminali embrionali, e le cellule della cresta neurale sono entrambi “pluripotenti”, il che significa che possono trasformarsi in tutti gli altri tipi di cellule del corpo. Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno confrontato i geni della lampreda con quelli dello Xenopus, una rana acquatica dotata di mascella. Utilizzando la trascrittomica comparativa, lo studio ha rivelato una rete di geni della pluripotenza sorprendentemente simile tra vertebrati senza mascella e vertebrati con mascella. Ma, i ricercatori hanno anche scoperto una differenza fondamentale: mentre le cellule della blastula di entrambe le specie esprimono il gene pou5, un regolatore chiave delle cellule staminali, nelle lamprede il gene non è espresso nelle cellule staminali della cresta neurale. La perdita di questo fattore potrebbe aver limitato la capacità delle cellule della cresta neurale di formare i tipi di cellule che si trovano nei vertebrati mascellari (animali con spine) e che costituiscono lo scheletro della testa e della mascella. Confrontando la biologia dei vertebrati senza mascella e di quelli con la mascella, i ricercatori possono comprendere l’origine evolutiva delle caratteristiche che definiscono i vertebrati, compreso l’uomo, il modo in cui le differenze nell’espressione genica contribuiscono alle differenze chiave nella pianta del corpo e l’aspetto dell’antenato comune di tutti i vertebrati. “Le lamprede potrebbero avere la chiave per capire da dove veniamo”, ha dichiarato Carole LaBonne, della Northwestern, che ha guidato lo studio. “In biologia evolutiva, se si vuole capire l’origine di una caratteristica, non si può guardare avanti ai vertebrati più complessi che si sono evoluti in modo indipendente per 500 milioni di anni”, ha continuato LaBonne. “Bisogna guardare indietro, a qualsiasi versione più primitiva del tipo di animale che si sta studiando, il che ci riporta ai pesci lupo e alle lamprede, gli ultimi esempi viventi di vertebrati senza mascelle”, ha aggiunto LaBonne. Esperta di biologia dello sviluppo, LaBonne è professoressa di bioscienze molecolari presso il Weinberg College of Arts and Sciences. È titolare della cattedra Erastus Otis Haven e fa parte della direzione del nuovo Simons National Institute for Theory and Mathematics in Biology della National Science Foundation, NSF. LaBonne e i suoi colleghi hanno precedentemente dimostrato che l’origine evolutiva delle cellule della cresta neurale è legata al mantenimento della rete di regolazione genica che controlla la pluripotenza nelle cellule staminali della blastula. Nel nuovo studio hanno esplorato l’origine evolutiva dei legami tra queste due popolazioni di cellule staminali. “Le cellule staminali della cresta neurale sono come un set di Lego evolutivo”, ha spiegato LaBonne. “Diventano tipi di cellule molto diversi tra loro, compresi i neuroni e i muscoli, ma ciò che accomuna tutti questi tipi di cellule è un’origine di sviluppo condivisa all’interno della cresta neurale”, ha evidenziato LaBonne. Mentre le cellule staminali embrionali allo stadio di blastula perdono la loro pluripotenza e si limitano a tipi cellulari distinti abbastanza rapidamente durante lo sviluppo dell’embrione, le cellule della cresta neurale mantengono lo strumentario molecolare che controlla la pluripotenza più avanti nello sviluppo. La squadra di LaBonne ha trovato una rete di pluripotenza completamente intatta all’interno delle cellule della blastula di lampreda, cellule staminali il cui ruolo all’interno dei vertebrati senza mascella era rimasto sin ora una questione aperta. Ciò implica che le popolazioni di cellule staminali della blastula e della cresta neurale dei vertebrati con e senza mascella si sono coevolute alla base dei vertebrati. “Vi sono più somiglianze che differenze tra la lampreda e lo Xenopus”, ha osservato Joshua York, borsista della Northwestern e primo autore dello studio. “Mentre la maggior parte dei geni che controllano la pluripotenza sono espressi nella cresta neurale della lampreda, l’espressione di uno di questi geni chiave, pou5, è stata persa da queste cellule”, ha precisato York. “Incredibilmente, anche se pou5 non è espresso nella cresta neurale della lampreda, è stato in grado di promuovere la formazione della cresta neurale quando lo abbiamo espresso nelle rane, suggerendo che questo gene fa parte di un’antica rete di pluripotenza che era presente nei nostri primi antenati vertebrati”, ha sottolineato York. L’esperimento ha anche permesso di ipotizzare che il gene sia stato perso specificamente in alcune creature e non sia stato sviluppato successivamente dai vertebrati dotati di mascella. “Un’altra scoperta notevole dello studio è che, anche se questi animali sono separati da 500 milioni di anni di evoluzione, ci sono vincoli stringenti sui livelli di espressione dei geni necessari per promuovere la pluripotenza”, ha notato York. “Ora resta solo da scoprirne il perché”, ha concluso LaBonne.(30Science.com)