Innovazione ed evoluzione: all’origine delle dita

Uno studio analizza l’origine embrionale ed evolutiva delle dita dei tetrapodi

Gli arti dei tetrapodi differiscono dalle pinne dei pesci soprattutto per la suddivisione fra il braccio e la mano, ovvero fra la regione prossimale e quella distale, il cui sviluppo corretto è associato a due distinte ondate di espressione dei geni HoxA e HoxD. Proprio lo studio dei pattern di espressione di questi cluster di geni, nei pesci e nei tetrapodi, ha rinforzato l’idea che alla base dell’evoluzione degli arti dei tetrapodi vi sia stato un cambiamento nella regolazione dei geni Hox, anche se l’esatta natura di questo cambiamento rimane tuttora controversa. 

Tentando di esaminare il problema con un diverso approccio, un gruppo di ricercatori svizzeri ha spostato l’attenzione dai pattern di espressione genica dei cluster HoxA e HoxD ai loro meccanismi di regolazione trascrizionale. Gli esperimenti nei topi hanno rivelato che la trascrizione selettiva dei geni HoxA e HoxD, nelle regioni prossimali e distali degli arti, è legata a una particolare architettura della cromatina, che si ritrova anche in embrioni di pesce. Sulla base di queste evidenze, gli autori ipotizzano che l’origine di questi meccanismi regolatori conservati possa predatare la divergenza fra pesci e tetrapodi. 

Nonostante questa similitudine però, trasferendo in topi transgenici le regioni regolatorie per i geni Hox di pesce, queste erano in grado di innescare la trascrizione solo nel segmento prossimale dell’arto e non in quello distale, ovvero le dita. Questi dati, pubblicati su Plos Biology, suggeriscono che le dita non possano essere considerate veri e propri omologhi dei raggi distali, come da alcuni ipotizzato, ma la presenza di enhancer specifici nei tetrapodi, che agiscono in un contesto di regolazione già consolidato nei pesci potrebbe derivare da un processo di retrofitting di una infrastruttura genomica preesistente. 

Niente omologie, quindi, ma un modo innovativo di sfruttare una risorsa già disponibile sarebbe lo spunto che ha dato il via all’evoluzione delle dita nei tetrapodi, dimostrando ancora una volta come i contesti regolatori e i meccanismi di trascrizione a volte siano la chiave per comprendere importanti passaggi della storia della vita. 


Riferimenti:
Woltering J.M. et al. Conservation and Divergence of Regulatory Strategies at Hox Loci and the Origin of Tetrapod Digit. PLoS Biology 2014; 12(1):e1001773

Fonte Immagine: PLoS Biology Woltering et al.