Multicellulari inside: le basi per differenziare le cellule erano presenti nel nostro antenato unicellulare

I meccanismi che permettono alle cellule di differenziarsi in tipi diversi erano già in dotazione all’antenato unicellulare degli animali. È probabile che quegli organismi sorprendenti fossero in grado di formare specifici tipi di cellule in momenti diversi del proprio ciclo vitale, capacità fondamentale per l’evoluzione dei tessuti animali

Gli organismi multicellulari generano diversi tipi di cellule, ognuno dei quali contenente uno specifico set di proteine attivate, e necessarie per una corretta divisione dei compiti. Tuttora però non siamo riusciti a capire come si siano evolute le istruzioni che permettono alle cellule di differenziarsi rispetto alle altre. È stato suggerito che l’antenato unicellulare degli animali fosse già in possesso dei geni necessari sia per la comunicazione cellulare tipica degli animali che per generare diversi tipi di cellule. Curiosamente, anche oggi esistono organismi unicellulari che cambiano le proprie caratteristiche durante il loro ciclo vitale, attraversando veri e propri stadi cellulari con forme differenti.

È possibile che i meccanismi che regolano l’attività delle proteine (e quindi le capacità della cellula) nei diversi tessuti animali siano stati ereditati da questo tipo di organismi? Oppure rappresentano un’innovazione evolutiva tipica di organismi più complessi come quelli multicellulari?

In uno studio su Developmental Cell, un gruppo di ricercatori ha studiato uno degli organismi unicellulari più strettamente imparentati con gli animali, Capsaspora owczarzaki. Questo organismo possiede molti geni simili a quelli coinvolti nella differenziazione e nella segnalazione cellulare nei metazoi. In più, durante la sua vita dà origine a tre diversi tipi di cellule in momenti differenti. Secondo gli autori, infatti, ogni stadio vitale di Capsaspora esprime e attiva uno specifico set di proteine. Questo conferisce ai diversi tipi di cellule particolari proprietà, in modo simile a quanto avviene nei diversi tessuti animali.

Ricostruendo la storia evolutiva di migliaia di geni, i ricercatori hanno scoperto che uno dei tipi di cellule di Capsaspora, che forma degli aggregati, esprimeva specifici geni presenti anche nei metazoi. In altre parole, questo organismo non aveva sviluppato un proprio modo per differenziare le cellule, ma piuttosto sfruttava un kit molecolare ereditato dall’antenato comune con gli animali.

Il gruppo guidato dal Prof. Ruiz-Trillo ha poi scoperto che Capsaspora era in possesso di una via di segnalazione intracellulare fondamentale anche negli animali. Per attivare specifiche proteine, questa via fosforila alcuni dei loro amminoacidi tirosina (pTyr). Tra le diverse vie che sfruttano la fosforilazione delle proteine per richiamare specifiche istruzioni cellulari, quella pTyr era quella attivata in maniera cellula-specifica in Capsaspora.

In conclusione, nell’evoluzione degli animali, non si sarebbero originate nuove modalità di segnalazione cellulare, quanto piuttosto nuove vie basate su quei meccanismi già presenti e collaudati nel loro antenato unicellulare. In questo organismo, le istruzioni cellulari trasmesse da specifiche vie di fosfo-segnalazione venivano usate per formare tipi cellulari diversi in momenti differenti del ciclo vitale. Questi kit molecolari di base per la differenziazione sono stati poi usati dagli animali, insieme ad altri, per formare cellule e tessuti specializzati.


Riferimenti:
Arnau Sebé-Pedrós, Marcia Ivonne Peña, Salvador Capella-Gutiérrez, Meritxell Antó, Toni Gabaldón, Iñaki Ruiz-Trillo, Eduard Sabidó. High-Throughput Proteomics Reveals the Unicellular Roots of Animal Phosphosignaling and Cell Differentiation. Developmental Cell. 2016 DOI:10.1016/j.devcel.2016.09.019

Immagine: Arnau Sebé-Pedrós