Geni di antichi parenti animali usati per far crescere un topo: Uno studio rivela la storia nascosta delle cellule staminali

15 novembre 2024

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da Queen Mary, University di Londra

Un team internazionale di ricercatori ha raggiunto un traguardo senza precedenti: la creazione di cellule staminali di topo capaci di generare un topo completamente sviluppato utilizzando gli strumenti genetici di un organismo unicellulare, con il quale condividiamo un antenato comune che precede gli animali.

Questa svolta ridefinisce la nostra comprensione delle origini genetiche delle cellule staminali, offrendo una nuova prospettiva sui legami evolutivi tra gli animali e i loro antichi parenti unicellulari. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Communications.

In un esperimento che sembra fantascienza, il Dr. Alex de Mendoza della Queen Mary University di Londra ha collaborato con ricercatori dell'Università di Hong Kong per utilizzare un gene presente nei coanoflagellati, un organismo unicellulare imparentato agli animali, per creare cellule staminali che hanno poi utilizzato per far nascere un topo vivo e respirante.

I coanoflagellati sono i parenti viventi più vicini agli animali e nei loro genomi sono presenti versioni dei geni Sox e POU, noti per promuovere la pluripotenza, ovvero la capacità cellulare di svilupparsi in qualsiasi tipo di cellula, all'interno delle cellule staminali dei mammiferi. Questa scoperta inaspettata mette in discussione una convinzione radicata che questi geni siano evoluti esclusivamente negli animali.

'Creando con successo un topo utilizzando strumenti molecolari derivati dai nostri parenti unicellulari, stiamo assistendo a una straordinaria continuità di funzioni che ha attraversato quasi un miliardo di anni di evoluzione,' ha detto il Dr. de Mendoza. 'Lo studio suggerisce che i geni chiave coinvolti nella formazione delle cellule staminali potrebbero essere originati molto prima delle cellule staminali stesse, forse aprendo la strada alla vita multicellulare che vediamo oggi.'

Il Premio Nobel 2012 a Shinya Yamanaka ha dimostrato che è possibile ottenere cellule staminali da cellule 'differenziate' esprimendo solo quattro fattori, tra cui un gene Sox (Sox2) e un gene POU (Oct4). In questa nuova ricerca, attraverso una serie di esperimenti condotti in collaborazione con il laboratorio del Dr. Ralf Jauch presso l'Università di Hong Kong / Centro di Biologia delle Cellule Staminali Traduzionali, il team ha introdotto geni Sox di coanoflagellati nelle cellule di topo, sostituendo il gene Sox2 nativo e ottenendo una riprogrammazione verso lo stato di cellule staminali pluripotenti.

Per convalidare l'efficacia di queste cellule riprogrammate, sono state iniettate in un embrione di topo in sviluppo. Il topo chimera risultante mostrava caratteristiche fisiche sia dell'embrione donatore che delle cellule staminali indotte in laboratorio, come chiazze di pelo nero e occhi scuri, confermando che questi geni antichi hanno svolto un ruolo cruciale nel rendere le cellule staminali compatibili con lo sviluppo dell'animale.

Lo studio segue come versioni precoci delle proteine Sox e POU, che si legano al DNA e regolano altri geni, siano state utilizzate dagli antenati unicellulari per funzioni che sarebbero diventate in seguito fondamentali per la formazione delle cellule staminali e lo sviluppo degli animali. 'I coanoflagellati non hanno cellule staminali, sono organismi unicellulari, ma hanno questi geni, probabilmente per controllare processi cellulari di base che gli animali multicellulari probabilmente hanno successivamente riconvertito per costruire corpi complessi,' ha spiegato il Dr. de Mendoza.

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Questa nuova intuizione sottolinea la versatilità evolutiva degli strumenti genetici e offre uno sguardo su come le prime forme di vita potrebbero aver sfruttato meccanismi simili per guidare la specializzazione cellulare, molto prima che organismi multicellulari veri e propri arrivassero ad esistere, e sull'importanza del riciclaggio nell'evoluzione.

Questo ritrovamento ha implicazioni oltre la biologia evolutiva, fornendo potenzialmente spunti per nuovi progressi nella medicina rigenerativa. Approfondendo la comprensione di come si è evoluta la macchina cellulare staminale, gli scienziati potrebbero identificare nuovi modi per ottimizzare le terapie con cellule staminali e migliorare le tecniche di riprogrammazione cellulare per trattare malattie o riparare tessuti danneggiati.

'Lo studio delle radici antiche di questi strumenti genetici ci permette di innovare con una visione più chiara su come i meccanismi di pluripotenza possono essere modificati o ottimizzati,' ha detto il Dr. Jauch, sottolineando che nuovi progressi potrebbero derivare sperimentando con versioni sintetiche di questi geni che potrebbero funzionare ancora meglio dei geni animali nativi in determinati contesti.

Maggiori informazioni: Ya Gao et al, L'emergere dei fattori di trascrizione Sox e POU precede le origini delle cellule staminali animali, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54152-x