Globuli rossi a “forma di falce” nei cervi: patologia o adattamento?

Scoperto il meccanismo molecolare alla base della conformazione falciforme degli eritrociti di diverse specie di cervidi

I globuli rossi, detti anche eritrociti, sono le cellule del sangue la cui funzione principale consiste nel trasporto dell’ossigeno dai polmoni ai tessuti, mediato dalla proteina emoglobina. Una recente scoperta pubblicata sulla rivista Nature Ecology & Evolution ha messo in evidenza ciò che accomuna numerose specie di cervidi con i malati di anemia falciforme: i loro globuli rossi si contorcono originando forme anomale, dalla tipica conformazione a falce, che si discostano dalla classica morfologia a disco biconcavo di queste cellule.

In particolare, un team di ricercatori appartenenti a diverse istituzioni britanniche è riuscito ad individuare il cambiamento molecolare che avviene nei globuli rossi dei cervi e provoca una distorsione della morfologia di queste cellule, risolvendo così un mistero che aveva lasciato senza alcuna spiegazione gli scienziati sin da metà Ottocento.

Molte specie di cervidi, così come le persone affette da anemia falciforme, portano nel loro DNA una mutazione che modifica la struttura dell’emoglobina. Questo cambiamento rende la β-globina, uno dei due tipi di proteine che compongono il complesso emoglobinico, più appiccicosa, causando l’adesione delle molecole di emoglobina e la conseguente formazione di fibre rigide. A loro volta, queste fibre deformano i globuli rossi rendendoli di forma simile ad una falce o di altre forme anomale. A differenza di quanto è stato osservato nella specie umana, in cui questo tipo di conformazione degli eritrociti comporta conseguenze patologiche anche gravi, nei cervidi questa condizione non affligge il loro stato di salute generale, ma sembrerebbe piuttosto essere un carattere adattativo.

In questo progetto di ricerca sono stati raccolti campioni di DNA da 15 specie di cervidi provenienti da tutto il mondo. Almeno tre specie, tra cui l’alce nord-americano, non mostrano globuli rossi a forma di falce. Gli scienziati hanno confrontato le sequenze geniche codificanti gli amminoacidi delle β-globine di queste tre specie con le sequenze corrispondenti presenti nei cervidi che possiedono globuli rossi falciformi, scoprendo che in quest’ultimi l’acido glutammico era stato sostituito con la valina. Lo stesso scambio di amminoacidi avviene nella forma mutata di emoglobina che provoca l’insorgenza dell’anemia falciforme nella specie umana, anche se tale cambiamento si verifica in una posizione diversa nella molecola.

Per gli esseri umani, tuttavia, la variante patologica del gene della β-globina è sorprendentemente comune in alcune parti del mondo in cui la malaria è molto diffusa. Molto probabilmente questo accade perché le persone con una sola copia mutata di questo gene ottengono una protezione maggiore dalla malaria, anche se i ricercatori non conoscono precisamente il meccanismo mediante cui la proteina alterata contrasti il parassita che causa la malattia.

La conformazione a falce delle cellule ematiche conferisce sicuramente anche qualche vantaggio ai cervidi dal momento che un’analisi evolutiva condotta dal team di ricerca ha messo in luce che questi animali possiedono sia versioni normali che alterate di β-globina da oltre 10 milioni di anni. Infatti, è emerso che nei cervidi gli eritrociti alterano la loro forma quando i livelli ematici di ossigeno sono alti, a differenza degli esseri umani in cui la condizione falciforme è strettamente legata a un basso tasso di ossigeno nel sangue, tipico della condizione patologica dell’anemia falciforme.  

Nelle future ricerche, gli studiosi testeranno diverse popolazioni di cervi dalla coda bianca per determinare se anche in questi animali l’abbondanza di parassiti della malaria coincide con la prevalenza della versione anomala della β-globina che promuove lo sviluppo di eritrociti falciformi. Se i risultati dovessero confermare quest’ipotesi allora la β-globina mutata aiuterebbe anche i cervidi a resistere alla malaria e ciò potrebbe fornire informazioni utili per capire in che modo i globuli rossi deformi aiutino l’uomo a difendersi da questa malattia.

In conclusione, questo studio fornisce nuove informazioni per comprendere quali regimi ecologici e quali architetture molecolari hanno promosso l’evoluzione convergente degli eritrociti falciformi nei vertebrati.


Bibliografia:
Esin A., Bergendahl L. T., Savolainen V.,  Marsh J. A., Warnecke T., 2018. The genetic basis and evolution of red blood cell sickling in deer. Nature Ecology & Evolution 2(2): 367-376. doi: 10.1038/s41559-017-0420-3.

Immagine: By Paulo Henrique Orlandi Mourao (Own work) [CC BY-SA 4.0], via Wikimedia Commons