Un solo gene sincronizza lo sviluppo degli arti inferiori dei tetrapodi

Un gruppo di ricerca giapponese ha identificato per la prima volta il fattore che avvia la cascata regolatoria alla base del posizionamento degli arti inferiori nei tetrapodi

Nello sviluppo embrionale dei tetrapodi, la superclasse che raccoglie i vertebrati terrestri con quattro arti (anfibi, rettili, mammiferi e uccelli), il corretto posizionamento degli arti inferiori dipende dal momento in cui viene espresso un singolo gene, gdf11. È quanto scoperto dal team giapponese guidato da Takayuki Suzuki, dell’università di Nagoya, in uno studio pubblicato su Nature Ecology & Evolution.

Durante lo sviluppo embrionale dei tetrapodi, gli arti inferiori si saldano alle vertebre sacrali attraverso il cinto pelvico. Questi arti provengono da una porzione laterale del mesoderma, il tessuto intermedio dell’embrione, mentre cinto pelvico e vertebre sacrali si formano a partire da una linea cellulare differente, responsabile di diversi tessuti, tra cui il resto della colonna vertebrale. Pur provenendo da due porzioni differenti dell’embrione, arti inferiori e complesso formato da cinto pelvico e vertebre sacrali si saldano mostrando uno sviluppo sincronizzato, la cui regolazione a monte non era stata finora svelata.

Al momento, infatti, è noto come lo sviluppo e la saldatura tra arti inferiori e vertebre sacrali dipenda dall’espressione di una serie di geni regolatori, i geni hox, espressi durante lo sviluppo lungo l’asse antero-posteriore e responsabili della formazione di diverse strutture corporee, tra cui gli arti. Tuttavia non era stata ancora gettata luce sul meccanismo che, a monte, è responsabile dell’espressione sincronizzata di questi geni e, di conseguenza, dello sviluppo e della collocazione degli arti inferiori a livello delle vertebre sacrali.

Partendo da uno studio dei dati di letteratura disponibili, l’attenzione del gruppo di Matsubara e Suzuki si è focalizzato sull’espressione di un gene specifico, gdf11, responsabile, quando ne viene inibita l’espressione, di un posizionamento arretrato, lungo l’asse antero-posteriore, degli arti inferiori e delle vertebre sacrali in embrioni di topo.

I ricercatori hanno innanzitutto confrontato l’espressione di questo gene nell’embrione con il posizionamento della colonna vertebrale e degli arti inferiori in differenti stadi di sviluppo di un altro animale modello, il pollo, osservando una correlazione tra espressione del gene e posizionamento degli arti. Il gruppo di ricerca ha successivamente osservato come cambi il posizionamento degli arti inferiori variando il momento in cui il gene viene espresso e osservando come, a momenti diversi di espressione del gene, corrispondano differenti posizionamenti degli arti inferiori durante lo sviluppo.

Infine, i ricercatori hanno confrontato l’espressione del gene e il posizionamento di vertebre sacrali e arti posteriori in embrioni di 8 specie differenti di tetrapodi. Come fanno notare gli autori nello studio, ogni specie mostra una sincronizzazione dell’espressione del gene gdf11 diversa. Il gene è espresso in tutte le classi di tetrapodi, anche in specie prive di quattro arti come i serpenti, il cui tronco lungo e l’assenza di arti inferiori è correlato a un’espressione molto ritardata del gene.

Il gruppo di Suzuki e Matsubara attribuisce dunque all’espressione del gene gdf11 l’attivazione della cascata regolatoria che, attivando i geni hox, conduce alla formazione e al reciproco posizionamento degli arti posteriori con il cinto pelvico e con le vertebre sacrali.

Lo studio rappresenta un passo avanti nella comprensione della regolazione dello sviluppo dei tetrapodi, permettendo di gettare nuova luce sui meccanismi che, a partire da un progenitore comune, hanno condotto alla diversificazione tra anfibi, rettili, uccelli e mammiferi.


Fonte:
Matsubara Y. et al., Anatomical integration of the sacral–hindlimb unit coordinated by GDF11 underlies variation in hindlimb positioning in tetrapods, Nature Ecology & Evolution, 2017; DOI: 10.1038/s41559-017-0247-y

Immagine: di dominio pubblico (da Wikimedia Commons)