Dov’è la mia coda?

Una equipe internazionale di genetisti e bioinformatici ha studiato i meccanismi molecolari alla base della scomparsa della coda nelle scimmie antropomorfe

La presenza della coda è molto comune negli animali e le scimmie non fanno eccezione. La maggior parte di esse ha la coda, che era presente anche nei progenitori dei primati, più di 65 milioni di anni fa. In effetti, l’assenza di coda è un modo per distinguere le scimmie antropomorfe dagli altri primati, suggerendo che la sua perdita ha coinciso con, o avvenne poco dopo, la loro comparsa.

La scomparsa della coda ha da tempo incuriosito la comunità scientifica, anche perché secondo alcuni studiosi la sua assenza sarebbe strettamente correlata al bipedismo umano. Capire i meccanismi alla base di tale scomparsa vorrebbe dire capire un po’ meglio anche gli eventi che hanno portato all’origine delle caratteristiche tipiche della nostra specie.

Allo scopo di identificare i meccanismi molecolari alla base di tale scomparsa, una equipe internazionale (coordinata dal genetista Bo Xia dell’Università di Harvard) ha analizzato la sequenza dei principali geni candidati alla perdita della coda nei genomi di diverse specie di primati, concentrandosi inizialmente sugli esoni (cioè le regioni del DNA che codificano per le proteine). Come riportato nell’articolo pubblicato da Xia sulla prestigiosa rivista Nature, non sono emerse differenze significative nelle sequenze codificanti, così come non sono state trovate differenza a carico delle regioni regolative ​​che si trovano a monte dei geni e che ne regolano l’attivazione.

Estendendo l’analisi agli introni, sequenze comunemente presenti che interrompono le sequenze codificanti, Xia e colleghi hanno scoperto che il gene tbxt presenta nelle specie senza coda una peculiarità data dalla presenza di elemento trasponibili (chiamati sequenza Alu) all’interno di introni. Questa presenza è interessante, poiché l’introne mutato può portare a una alterazione nella proteina codificata, che normalmente agisce come fattore di trascrizione (cioè attivatore di altri geni). Questo gene è già noto nella letteratura scientifica poiché, in presenza di mutazioni, determina la comparsa di code corte in diverse specie di mammiferi, tra cui topi e gatti.

Alla ricerca di prove sperimentali

Allo scopo di verificare che l’elemento Alu avesse un reale effetto sulla funzionalità del gene tbxt, Xia e colleghi hanno inserito il gene con le sequenze Alu in cellule staminali embrionali umane e di topo osservando che l’RNA messaggero prodotto per il gene tbxt era più corto, in quanto risultava privo dell’esone 6, in cui l’elemento genetico mobile era presente.

Andando poi a inserire in topi varianti del gene tbxt senza l’esone 6 o con sequenze Alu al suo interno, gli autori hanno osservato che i topi privi di copie funzionali di questo gene avevano fenotipi variabili, che andavano dall’essere senza coda all’avere code corte. Questo esperimento da un lato ha confermato il ruolo che il gene tbxt ha nella formazione della coda e dall’altro ha mostrato le enormi potenzialità che oggi la genetica ha nel rendere la biologia evoluzionistica una disciplina sperimentale, in cui si può ripetere in laboratorio quanto accaduto nel corso dell’evoluzione.

L’equipe internazionale coordinata da Xia ha, inoltre, osservato che i topi che esprimevano alti livelli del gene tbxt privo dell’esone 6 presentavano difetti nello sviluppo del tubo neurale. Pertanto, gli autori hanno suggerito la possibilità che la perdita della coda nei nostri antenati scimmie potrebbe essere avvenuta con il prezzo di un aumentato  rischio di difetti nello sviluppo del tubo neurale, una struttura importantissima in quanto è alla base della formazione del sistema nervoso centrale. Questa osservazione è decisamente interessante perché il difetto osservato nei topo di Xia è simile a ciò che accade nella nostra specie nella condizione chiamata spina bifida, che attualmente colpisce un neonato umano su mille.

Ci deve essere stata una pressione evolutiva così grande a perdere la coda che veniva a essere compensato anche il rischio di questa orribile malattia” (Ita Yanai, Institute for Computational Medicine, NYU Grossman School of Medicine)

Come discusso in un interessante editoriale scritto da Miriam K. Konkel e Emily L. Casanova e pubblicato nella sezione “News and Views” della rivista Nature, l’articolo di Xia è anche una ulteriore dimostrazione del fatto che gli elementi trasponibili, pur se considerati per molto tempo alla stregua di spazzatura, possono in realtà contribuire alla diversificazione del modo in cui funzionano i geni, andando ad avere un ruolo importante, tanto quanto quello che le mutazioni hanno all’interno delle regioni codificanti.

È davvero un bell’esempio di come una bizzarra stranezza evolutiva possa avere conseguenze interessanti e importanti. Questa scoperta ci porta all’origine di come si è verificato questo importante cambiamento nei primati”. (David Kimelman, University of Washington)

Il lungo cammino della ricerca scientifica

La pubblicazione di Xia e colleghi è stata accolta con grande entusiasmo dalla comunità scientifica perché permette di fare luce sull’evoluzione dei tratti distintivi della nostra specie, ma quanto lavoro è stato necessario per la parte sperimentale?

Come si può verificare sul repository bioRxiv, l’archivio online gratuito in cui si possono caricare articoli in versione preprint per favorirne l’analisi della comunità scientifica, Xia e colleghi hanno reso disponibile la prima versione del loro articolo (priva delle parti sperimentali sui topi geneticamente modificati) a settembre del 2021. Sono cioè serviti ben 900 giorni per svolgere gli esperimenti in vivo necessari per dimostrare il ruolo del gene tbxt nella scomparsa della coda.

Come suggerito dall’editorialista americano Ewen Callaway, la pubblicazione di Xia non è solamente una elegante dimostrazione sperimentale della funzione di un gene, ma anche una notevole prova della competenza e pazienza, che sono alla base della ricerca scientifica.

Probabilmente – ha suggerito Xia -, ci sono diversi modi per perdere una coda durante lo sviluppo. I nostri antenati hanno usato questa strada”.

Come suggerito da numerosi studi, sono circa 140 i geni coinvolti nello sviluppo della coda e molti di questi potrebbe avere avuto un ruolo nella perdita della coda, oltre alla variazione del gene tbxt, per cui forse non sapremo mai con certezza quali pressioni evolutive abbiano realmente favorito la perdita della coda. I risultati di Xia e colleghi hanno però aggiunto nuovi importanti elementi per comprendere meglio anche la storia della nostra coda e mostrato che l’evoluzione può seguire tantissime e imprevedibili strade.

*articolo aggiornato alle ore 9:22 del 1/3/24

Riferimenti:

Xia, B., Zhang, W., Zhao, G. et al. On the genetic basis of tail-loss evolution in humans and apesNature 626, 1042–1048 (2024).