I sistemi nervosi degli animali hanno un’origine comune
Grazie all’analisi con la spettrometria di massa, sono stati identificati diversi neuropeptidi in Ctenofori e Cnidari. Lo studio di queste molecole ha permesso di delucidare il processo evolutivo dei neuroni
Una recente pubblicazione apparsa su Nature Ecology & Evolution chiarisce l’origine evolutiva dei neuroni e le caratteristiche del più antico sistema nervoso conosciuto.
Infatti, l’origine di queste cellule è ancora piuttosto incerta. Per comprendere come si è sviluppato il sistema nervoso, diversi studi si sono concentrati sull’analisi degli animali più antichi ad averne uno: il phylum dei Ctenophora, piccoli animali marini dal corpo trasparente, e quello dei Cnidaria a cui appartengono, tra gli altri, meduse e coralli. Questi antichi sistemi nervosi utilizzano, come unico meccanismo di segnalazione tra i neuroni e le altre cellule, delle piccole catene proteiche dette neuropeptidi. Una lunga catena di peptidi viene inizialmente sintetizzata dai neuroni e poi viene tagliata in tante piccole catene da alcuni enzimi digestivi.
Questo sistema si è conservato anche in animali più complessi, come l’uomo, nonostante lo sviluppo di un secondo sistema di comunicazione: le sinapsi. Alcuni neuropeptidi, e i meccanismi molecolari necessari alla loro produzione, presenti nei Cnidaria sono stati ritrovati anche in altri phylum antichi come quello dei Porifera, quello delle spugne.
Nonostante ciò, gli unici phyla antichi ad aver sviluppato cellule morfologicamente e funzionalmente simili ai neuroni sono i Ctenofori e i Cnidaria. Anche per questi motivi gli scienziati hanno ipotizzato che in origine i neuroni si siano sviluppati a partire da due o più eventi evolutivi. Questa ipotesi però non ha mai convinto il professor Hiroshi Watanabe, responsabile dell’unità di neurobiologia evolutiva dell’Università di Okinawa. Con il suo team ha deciso di studiare i neuropeptidi con una tecnica diversa rispetto a quanto fatto in passato: la spettrometria di massa.
Identificazione, localizzazione ed espressione dei neuropeptidi
Gli scienziati hanno estratto i peptidi da un anemone, Nematostella vectensis, una spugna, Ephydatia fluviatilis, e il ctenoforo Bolinopsis mikado. Utilizzando la spettrometria di massa hanno identificato, in N. vectensis e B. mikado, ventotto diverse proteine che potevano svolgere il ruolo di neuropeptide.
Per confermare l’ipotesi hanno utilizzato degli anticorpi, legati a una molecola fluorescente, diretti verso le proteine identificate.
In questo modo gli scienziati hanno scoperto che queste proteine vengono prodotte in cellule simili ai neuroni che presentano anche delle proiezioni tipiche: i neuriti.
Inoltre sono presenti anche in un secondo tipo di cellule, prive di neuriti, che si pensa possano essere una versione precursore delle cellule neuroendocrine. Cellule che ricevono stimoli dai neuroni e rilasciano segnali per altri organi.
Localizzazione delle proteine identificate nella larva di B. mikado.
Immagine: dalla pubblicazione
Infine, hanno eseguito un’analisi dei geni che vengono espressi in queste cellule. Così hanno scoperto che sia negli Ctenofori che nei Cnidari viene prodotto un insieme simile di proteine fondamentali per la funzione neuronale.
Riassumendo quindi, anche negli Ctenofori hanno trovato neuropeptidi simili a quelli degli Cnidari e le cellule che li producono sono morfologicamente e funzionalmente simili alle cellule neuronali di animali più complessi. Infine, anche l’espressione genica è conservata in altri animali.
Le similitudini cominciano a essere molte e secondo il gruppo di ricerca provano che questi neuroni condividono la stessa origine evolutiva.
Questo significa anche che i neuroni che utilizzano i peptidi sono probabilmente la forma più ancestrale di questa cellula. Questa osservazione oltre a chiarire lo sviluppo di queste cellule porta anche nuove domande. Ad esempio è lecito chiedersi: come si sono originati i neuroni? Perché questi antichi animali a un certo punto li hanno sviluppati?
Ora che le idee su quale sia la forma più antica di neurone sono un po’ più chiare, può iniziare la ricerca sulla loro origine.
Riferimenti: Hayakawa, E., Guzman, C., Horiguchi, O. et al. Mass spectrometry of short peptides reveals common features of metazoan peptidergic neurons. Nat Ecol Evol (2022). https://doi.org/10.1038/s41559-022-01835-7
Immagine in apertura: una medusa (phylum Cnidaria) da Pixabay
Infatti, l’origine di queste cellule è ancora piuttosto incerta. Per comprendere come si è sviluppato il sistema nervoso, diversi studi si sono concentrati sull’analisi degli animali più antichi ad averne uno: il phylum dei Ctenophora, piccoli animali marini dal corpo trasparente, e quello dei Cnidaria a cui appartengono, tra gli altri, meduse e coralli. Questi antichi sistemi nervosi utilizzano, come unico meccanismo di segnalazione tra i neuroni e le altre cellule, delle piccole catene proteiche dette neuropeptidi. Una lunga catena di peptidi viene inizialmente sintetizzata dai neuroni e poi viene tagliata in tante piccole catene da alcuni enzimi digestivi.
Questo sistema si è conservato anche in animali più complessi, come l’uomo, nonostante lo sviluppo di un secondo sistema di comunicazione: le sinapsi. Alcuni neuropeptidi, e i meccanismi molecolari necessari alla loro produzione, presenti nei Cnidaria sono stati ritrovati anche in altri phylum antichi come quello dei Porifera, quello delle spugne.
Nonostante ciò, gli unici phyla antichi ad aver sviluppato cellule morfologicamente e funzionalmente simili ai neuroni sono i Ctenofori e i Cnidaria. Anche per questi motivi gli scienziati hanno ipotizzato che in origine i neuroni si siano sviluppati a partire da due o più eventi evolutivi. Questa ipotesi però non ha mai convinto il professor Hiroshi Watanabe, responsabile dell’unità di neurobiologia evolutiva dell’Università di Okinawa. Con il suo team ha deciso di studiare i neuropeptidi con una tecnica diversa rispetto a quanto fatto in passato: la spettrometria di massa.
Identificazione, localizzazione ed espressione dei neuropeptidi
Gli scienziati hanno estratto i peptidi da un anemone, Nematostella vectensis, una spugna, Ephydatia fluviatilis, e il ctenoforo Bolinopsis mikado. Utilizzando la spettrometria di massa hanno identificato, in N. vectensis e B. mikado, ventotto diverse proteine che potevano svolgere il ruolo di neuropeptide.
Per confermare l’ipotesi hanno utilizzato degli anticorpi, legati a una molecola fluorescente, diretti verso le proteine identificate.
In questo modo gli scienziati hanno scoperto che queste proteine vengono prodotte in cellule simili ai neuroni che presentano anche delle proiezioni tipiche: i neuriti.
Inoltre sono presenti anche in un secondo tipo di cellule, prive di neuriti, che si pensa possano essere una versione precursore delle cellule neuroendocrine. Cellule che ricevono stimoli dai neuroni e rilasciano segnali per altri organi.
Localizzazione delle proteine identificate nella larva di B. mikado. Immagine: dalla pubblicazione
Infine, hanno eseguito un’analisi dei geni che vengono espressi in queste cellule. Così hanno scoperto che sia negli Ctenofori che nei Cnidari viene prodotto un insieme simile di proteine fondamentali per la funzione neuronale.
Riassumendo quindi, anche negli Ctenofori hanno trovato neuropeptidi simili a quelli degli Cnidari e le cellule che li producono sono morfologicamente e funzionalmente simili alle cellule neuronali di animali più complessi. Infine, anche l’espressione genica è conservata in altri animali.
Le similitudini cominciano a essere molte e secondo il gruppo di ricerca provano che questi neuroni condividono la stessa origine evolutiva.
Questo significa anche che i neuroni che utilizzano i peptidi sono probabilmente la forma più ancestrale di questa cellula. Questa osservazione oltre a chiarire lo sviluppo di queste cellule porta anche nuove domande. Ad esempio è lecito chiedersi: come si sono originati i neuroni? Perché questi antichi animali a un certo punto li hanno sviluppati?
Ora che le idee su quale sia la forma più antica di neurone sono un po’ più chiare, può iniziare la ricerca sulla loro origine.
Riferimenti: Hayakawa, E., Guzman, C., Horiguchi, O. et al. Mass spectrometry of short peptides reveals common features of metazoan peptidergic neurons. Nat Ecol Evol (2022). https://doi.org/10.1038/s41559-022-01835-7
Immagine in apertura: una medusa (phylum Cnidaria) da Pixabay
Mi sono laureato in Biotecnologie Industriali, e lavoro per una multinazionale che sviluppa test diagnostici per l’industria agroalimentare. Interessato alla comunicazione scientifica per passione, dopo qualche esperienza con un’associazione di divulgazione mi sono iscritto al Master in Giornalismo e comunicazione istituzionale della Scienza dell’Università di Ferrara.
