Rettili e mammiferi: stessi geni, cuori diversi

Il cuore di mammiferi ed uccelli è composto da quattro cavità, due atri e due ventricoli, diversamente da quello degli anfibi, che presenta, oltre ai due atri, un solo ventricolo. Nei rettili, invece, la situazione è molto più complessa: i sauri (serpenti e lucertole) presentano tre cavità, i cheloni (le tartarughe) possiedono un setto interventricolare solo parzialmente sviluppato, mentre i

Il cuore di mammiferi ed uccelli è composto da quattro cavità, due atri e due ventricoli, diversamente da quello degli anfibi, che presenta, oltre ai due atri, un solo ventricolo. Nei rettili, invece, la situazione è molto più complessa: i sauri (serpenti e lucertole) presentano tre cavità, i cheloni (le tartarughe) possiedono un setto interventricolare solo parzialmente sviluppato, mentre i loricati (i coccodrilli) hanno un cuore con due ventricoli completi. Questo gruppo di vertebrati è dunque il più indicato per comprendere le basi molecolari dell’evoluzione del cuore a quattro cavità, fondamentale per l’omeostasi termica tipica degli animali a sangue caldo. La divisione in due camere ventricolari consente, infatti, la completa separazione tra circolazione polmonare (piccola circolazione) e circolazione sistemica (grande circolazione), responsabile, insieme al metabolismo elevato e al rivestimento isolante del corpo, della capacità di regolazione della temperatura corporea (omeotermia) di uccelli e mammiferi.

Sebbene queste differenze nell’organizzazione cardiaca dei vertebrati siano note da tempo, pochi studi ne hanno indagato le basi molecolari. La rivista Nature pubblica sul suo ultimo fascicolo un interessante studio che ha individuato lo stesso gene coinvolto nella formazione del setto interventricolare nei mammiferi nello sviluppo del cuore di lucertole e tartarughe. Si tratta del gene Tbx5, che codifica per un fattore di trascrizione, già noto per essere coinvolto in alcune patologie cardiache umane. La ricerca ha analizzato l’espressione di questo gene in embrioni di Anolis carolinensis, una lucertola, e Trachemys scripta elegans, una tartaruga.

I risultati indicano che i livelli di questa proteina rimangono costanti durante l’intero sviluppo della lucertola, mentre variano nel corso dell’embriogenesi della tartaruga, in modo tale da generare un gradiente di concentrazione longitudinale: nella parte destra del cuore in formazione, infatti, i livelli di espressione rimangono più alti che a sinistra e nel punto di confine di questa differenza concentrazione si forma il setto interventricolare, anche se solo parzialmente. Nella lucertola, al contrario, non si ha alcuna separazione del ventricolo.

Per valutare se la diversa espressione del gene Tbx5 sia realmente responsabile della formazione del setto, i ricercatori hanno seguito lo sviluppo del cuore durante l’embriogenesi di alcuni topi geneticamente modificati in modo tale da presentare basse quantità di tale proteina. Come previsto, questi individui non hanno sviluppato la divisione della cavità cardiaca in due ventricoli e, come conseguenza di questa malformazione, hanno manifestato un alto livello di mortalità.

Andrea Romano


Riferimenti:
Kazuko Koshiba-Takeuchi, Alessandro D. Mori, Bogac L. Kaynak, Judith Cebra-Thomas, Tatyana Sukonnik, Romain O. Georges, Stephany Latham, Laural Beck, R. Mark Henkelman, Brian L. Black, Eric N. Olson, Juli Wade, Jun K. Takeuchi, Mona Nemer, Scott F. Gilbert. Benoit G. Bruneau, Reptilian heart development and the molecular basis of cardiac chamber evolution. Nature 461, 95-98