Geni Hox e simmetria radiale: evidenze dagli cnidari

I geni regolatori Hox, necessari per fornire una identità ai diversi segmenti corporei dei bilateri, avrebbero importanti ruoli anche nello sviluppo dell’anemone marino Nematostella vectensis, dotato di simmetria radiale. La scoperta potrebbe aiutarci a capire il ruolo ancestrale di questi geni

Alcuni ricercatori dello Stowers Institute for Medical Research, in Kansas (USA) sono riusciti a dimostrare che i geni Hox ricoprono un importante ruolo nel controllo dello sviluppo dello schema corporeo dell’anemone marino Nematostella vectensis, dotato di simmetria radiale. La scoperta, pubblicata su Science, potrebbe permettere di avanzare ipotesi riguardo il ruolo ancestrale di questi geni, oltre che aiutarci nel comprendere un importante passo nella biologia evolutiva, ovvero il passaggio dalla simmetria radiale a quella bilaterale.

Senza alcuna pretesa di essere esaustivi, i geni Hox sono una serie di geni regolatori il cui ruolo è quello di fornire, soprattutto nel corso dell’embriogenesi, ma anche in stadi di sviluppo successivi, una specifica identità alle diverse parti che si vanno via via formando lungo l’asse antero-posteriore del corpo (per approfondire l’argomento, Pikaia ne ha parlato ad esempio qui e qui).

Geni Hox con funzione omeotica (cioè di regolazione) si ritrovano in tutti i bilateri, ed è quasi sorprendente sapere che animali molto diversi tra loro, come ad esempio un topo e un moscerino della frutta, precocemente durante lo sviluppo usano fondamentalmente gli stessi geni (seppur in modo differenziale anche a seguito di eventi di duplicazione o perdita di porzioni di DNA) per definire le regioni del corpo che vanno dalla testa alla coda. 

La funzione di tali geni negli animali a simmetria bilaterale è stata dunque ampiamente studiata e ormai non costituisce più un mistero per i ricercatori. Ma nonostante i geni Hox siano stati rinvenuti anche in altri gruppi, come gli cnidari, che comprendono meduse, anemoni e coralli, il loro ruolo nello sviluppo di questi organismi, dotati di simmetria radiale, era ancora sconosciuto.

Utilizzando alcune tecniche di ingegneria genetica, alcuni scienziati dello Stowers Institute for Medical Research, guidati da Matthew Gibson, hanno cercato di studiare il ruolo dei geni Anthox1a, Anthrox8, Anthrox6a, e Gbx nello sviluppo e nella regolazione del piano corporeo dell’anemone marino Nematostella vectensis. In particolare, sono state utilizzate la tecnica knockdown Short hairpin RNAs (per il silenziamento dell’espressione genica) e la tecnologia di editing genetico CRISPR-Cas9 per la rimozione delle sequenze nucleotidiche di interesse dal genoma.

Sia con il silenziamento che con la rimozione dei geni, i ricercatori hanno evidenziato evidenti difetti nella segmentazione e nella costruzione del piano corporeo degli animali. Gli anemoni mutanti, sviluppavano solamente due o tre tentacoli al posto dei quattro presenti fisiologicamente. Inoltre, alcuni tentacoli erano eccessivamente larghi, o fusi l’uno con l’altro, oppure biforcati.

I risultati lasciano supporre che i geni Hox abbiano importanti ruoli regolativi anche durante lo sviluppo degli cnidari; ora sarà ovviamente necessario allargare la ricerca anche ad altre specie, per verificare la funzione dei medesimi geni. Secondo Gibson, è probabile che i geni Hox avessero come funzione ancestrale la formazione dei segmenti corporei e anche il fornire ad essi una identità, mentre nei bilateri essi sono fondamentali solamente per assegnare un ruolo alle diverse regioni del corpo.

Colpisce altresì il fatto che, diversamente da quanto verrebbe da pensare, evoluzione non voglia necessariamente dire aumento della complessità, anche se un aumento di complessità viene inevitabilmente generato col passare del tempo: i geni Hox sono la prova che spesso l’evoluzione si limita a riutilizzare, differenziando e trasformando, ciò che è già presente.


Riferimento:
Shuonan He, Florencia Del Viso, Cheng-Yi Chen, Aissam Ikmi, Amanda E. Kroesen, Matthew C. Gibson. An axial Hox code controls tissue segmentation and body patterning in Nematostella vectensisScience, 28 Sep 2018 DOI: 10.1126/science.aar8384

Immagine: By millerse – Sarah E [CC BY 3.0], via Wikimedia Commons