Reinventare lo sviluppo

Lo sviluppo degli organismi è un processo molto complesso. Di conseguenza, l’espressione dei geni che lo controllano dev’essere finemente regolataQuesto compito è svolto da proteine in grado di legare sequenze di DNA in cis ovvero sullo stesso cromosoma rispetto al gene da esse controllato. Queste regioni in alcuni casi variano notevolmente tra organismi; in altri sono fortemente conservate. La regolazione


Lo sviluppo degli organismi è un processo molto complesso. Di conseguenza, l’espressione dei geni che lo controllano dev’essere finemente regolataQuesto compito è svolto da proteine in grado di legare sequenze di DNA in cis ovvero sullo stesso cromosoma rispetto al gene da esse controllato. Queste regioni in alcuni casi variano notevolmente tra organismi; in altri sono fortemente conservate. La regolazione dello sviluppo viene quindi reinventata de novo per ogni specie? Oppure viene soltanto riadattata?

Alcuni ricercatori statunitensi ed austriaci hanno cercato di rispondere a questa domanda. Per farlo, hanno confrontato un fattore di trascrizione importante per l’embriogenesi in sei diverse specie di moscerini. Il fattore il questione è Twist, la cui attivazione determina univocamente la formazione di uno dei tre foglietti che si formano durante le prime fasi di sviluppo: il mesoderma, conservato in tutti gli organismi bilateri. Da questo strato di cellule si originano poi muscoli, apparato urogenitale ed intestinale, cartilagine, ossa, tessuto connettivo, vasi sanguigni e molti altri tessuti. L’importanza funzionale di Twist è testimoniata dalla sua elevata conservazione di struttura, tanto che gli anticorpi disegnati contro questa proteina in una specie di moscerino, la riconoscono anche in altre specie. Questa conservazione si registra nonostante le sei specie analizzate siano molto diverse tra loro ed evolutivamente distanti quanto possono esserlo uomini e primati, uomini e topi o uomini e galline!

Queste osservazioni sostengono il riadattamento piuttosto che la reinvenzione della regolazione dello sviluppo.
Questi risultati sono però in contrasto con osservazioni riportate da altri gruppi per lievito e diversi vertebrati, inclusi uomini e topi. In questi casi, infatti, i fattori variano notevolmente. E’ possibile quindi che le dinamiche evolutive in atto siano diverse. I cambiamenti nelle regioni di regolazione e di legame potrebbero ad esempio essere un meccanismo importante per l’evoluzione adattativa. A questo proposito occorre osservare che i vertebrati hanno genomi più grandi, che consentirebbero maggior possibilità di “bricolage”  da parte dell’evoluzione. I ricercatori hanno infatti scoperto che il numero di sequenze di regolazione nei vertebrati è maggiore rispetto ai moscerini. La conservazione è invece la stessa, il che indica forse che le regolazioni indispensabili sono simili, mentre la parte rimanente costituirebbe la “cassetta degli attrezzi” con cui l’evoluzione effettua il suo “bricolage”. Inoltre, quando sono coinvolti eventi più “semplici” (come nel caso delle cellule differenziate e degli organi) lo sviluppo di regioni di regolazione diverse in diversi organismi potrebbe essere più probabile in quanto i vincoli evolutivi sono minori.

Sono state inoltre identificate regioni di legame per altre proteine di regolazione in prossimità dei siti di legame per Twist. Così, le proteine regolatrici dello sviluppo spesso si combinano a formare un vero e proprio “codice” che viene interpretato dalla cellula per l’attivazione dei vari destini cellulari. Questo escamotage costituisce un notevole risparmio, consentendo di riutilizzare gli stessi regolatori “semplicemente” combinandoli in modo diverso allo scopo di indurre diverse vie di sviluppo.

Allora: “Come on let’s Twist again”, alla prossima specie!

Ilaria Panzeri

Riferimenti
He Q., Bardet A. F., Patton B., Purvis J., Johnston J., Paulson A., Gogol M., Stark A. e Zeitlinger J. High conservation of transcription factor binding and evidence for combinatorial regulation across six Drosophila species. Nature genetics, 43: 414-421 (2011). Link

Immagine: Wikimedia Commons