Un topo a sei zampe è il risultato bizzarro di una ricerca sul midollo spinale dei biologi dello sviluppo Anastasiia Lozovska e Moisés Mallo e dei loro colleghi del Gulbenkian Science Institute portoghese, ottenuto a causa della spressione di un gene Tgfbr1, che codifica per la proteina del recettore Tgfbr1.
Topo a sei zampe: ecco cos’è successo
Il team ha confrontato embrioni di topo di età compresa tra 10 e 17 giorni con e senza versioni funzionanti del gene in questione. Tgfbr1 contribuisce a un percorso di segnalazione che fornisce a un corpo in formazione le sue direzioni dal tronco alla coda. Questo percorso fornisce istruzioni “crea un arto posteriore” o “genitali esterni” alle cellule dell’embrione in via di sviluppo.
Man mano che un embrione di mammifero cresce, costruisce strutture in sequenza dalla testa alla coda. Nelle prime fasi dello sviluppo, i meccanismi genetici si spostano dalla focalizzazione sulla testa all’estensione del corpo e al gettare le basi per i principali sistemi di organi.
Successivamente, avviene una seconda transizione in cui l’attivazione dei geni in più strati di tessuto estende il tronco per creare una coda. È durante questo processo che le interazioni tra i nuovi tessuti emergenti generano le strutture necessarie per i canali di uscita del corpo e per i genitali.
Sebbene gambe e braccia condividano molti degli stessi geni, all’inizio del processo gli arti posteriori e i genitali hanno più cose in comune. È stato suggerito che derivino dalla stessa struttura primordiale iniziale nelle specie ancestrali.
“Sarà quindi interessante determinare se un meccanismo legato alla plasticità dello sviluppo scoperto dal nostro lavoro, potrebbe aiutare a spiegare l’assenza di arti posteriori nei serpenti ma la loro presenza nella maggior parte delle lucertole“, si sono Lozovska e colleghi a proposito del risultato ottenuto col topo a sei zampe.
Gli scienziati hanno scoperto che, nonostante il posizionamento piuttosto diverso del topo a sei zampe senza una versione funzionante di Tgfbr1, gli altri geni espressi in queste zampe sono simili a quelli presenti negli arti normali dei topi.
Analizzato il tessuto mutante del topo a sei zampe
Entrambe le appendici nascono dal centro di tre strati di tessuto che compongono un embrione precoce, il mesoderma. Man mano che le cellule che si trasformano negli arti si spingono verso lo strato esterno circostante dei tessuti (endoderma), è possibile che ricevano più messaggi “diventano gambe” per favorire il loro sviluppo in strutture degli arti malformate ma mature, hanno ipotizzato i ricercatori.
Lozovska e il suo team hanno esaminato più da vicino il DNA nel tessuto mutante del topo a sei zampe e hanno identificato il rimodellamento della cromatina: le proteine che controllano l’accesso al DNA delle cellule erano state cambiate nella configurazione a “gambe“, invece che a quella “genitale“.
I ricercatori non conoscono ancora l’esatto meccanismo che porta alla soppressione del gene Tgfbr1 un paio di zampe in più. Comprendere di più su questi processi fondamentali fornirà ai ricercatori strumenti aggiuntivi per affrontare le sfide e le malattie dello sviluppo.
L’obiettivo dei ricercatori del progetto è che il Tgfbr1 possa essere utile per i tumori in metastasi, contribuendo magari allo sviluppo di nuove terapie: “Identificare questi meccanismi e determinare se operano anche in altri processi fisiologici e patologici sotto il controllo dei membri della famiglia del Tgfbr1 potrebbe avere implicazioni su vasta scale per la nostra comprensione dei processi e delle malattie morfogenetiche”, hanno dichiarato i ricercatori.
Conclusioni
Secondo gli scienziati, Il topo a sei zampe non è stato un capriccio scientifico. La ricerca pubblicata su Nature Communications ha confermato ancora una volta l’importanza della struttura tridimensionale del DNA nello sviluppo del prodotto della fecondazione.
L’ingegneria genetica, che comporta l’attivazione o la disattivazione di alcuni geni, non contribuirà solo ai futuri trattamenti medici: fornirà informazioni rilevanti per la storia dell’evoluzione degli animali vertebrati.
L’esperimento ha dimostrato che la sezione posteriore degli animali a quattro zampe condivide dei regolatori chiave. I risultati possono essere interpretati anche nel modo seguente: il tessuto che costituisce la parte inferiore dei tetrapodi nelle prime fasi di sviluppo presenta un elevato grado di plasticità. A sua volta, il rapporto ha aperto la strada a future ricerche sul Tgfbr1 poiché gli esperti ritengono che controlli anche altri processi fisiologici o patologici.
Gli scienziati continueranno a studiare la relazione tra i geni e la formazione dei genitali e degli arti nei rettili. Il prossimo animale da analizzare saranno i serpenti e il loro emipene, un sistema formato da due tessuti erettili che ricordano un vestigio degli arti esterni.
